El flujo de calor se modifica dentro de los componentes de los chips, en vez de ser extraído después de su acumulación.
El movimiento de los fonones se limita mediante patrones nanométricos en la superficie.
Láseres ultrarrápidos permiten crear estos patrones a escala nanométrica y con velocidades relevantes para la industria.
Hoy en día, la mayoría de la electrónica depende de disipadores, ventiladores o refrigeración líquida porque los componentes dentro de los chips conducen el calor de maneras fijas.
Un nuevo método desarrollado por investigadores japoneses permite a los ingenieros controlar la velocidad a la que el calor escapa de un material, en lugar de solo intentar extraerlo después de que se acumule.
El trabajo describe un método de fabricación basado en láser que modifica cómo se mueve el calor a través de películas delgadas de silicio y sílice, dándole forma directamente a sus superficies a nanoescala.
Modificación del transporte de calor a nivel del componente del chip
El enfoque se basa en pulsos de láser ultrarrápidos, cada uno de una duración de un femtosegundo, para ablacionar material y crear surcos paralelos en la superficie de la película.
Estos surcos se crean con una separación y profundidad cuidadosamente controladas, que coinciden estrechamente con la distancia promedio que recorren los fonones antes de dispersarse.
Dado que los fonones son los principales portadores de calor en estos componentes, restringir su movimiento altera de manera predecible la conductividad térmica general.
Las características resultantes, conocidas como estructuras periódicas de superficie inducidas por láser de femtosegundo, muestran una alta uniformidad en áreas relativamente grandes.
Cuando se combina con el grabado seco convencional para ajustar el grosor de la película, las superficies con patrón exhiben una reducción marcada en la conductividad térmica.
Las mediciones de termorreflectancia cuantificaron este cambio, ofreciendo una confirmación experimental en lugar de un comportamiento inferido.
Simulaciones numéricas también mostraron que la reducción surge principalmente de las distancias limitadas de viaje de los fonones, más que de cambios en la composición química o las propiedades del material.
Una afirmación central del estudio concierne a la velocidad de fabricación. Se informa que el proceso fs-LIPSS opera con una velocidad más de 1000 veces mayor que la litografía de haz de electrones de un solo haz, manteniendo aún una resolución nanométrica.
Esta diferencia es sustancial, especialmente para aplicaciones que requieren grandes áreas con patrón, como las capas térmicas integradas en procesadores de clase data center.
El proceso no requiere máscara ni resina, lo que reduce la complejidad procedural y se alinea con las restricciones estándar de fabricación CMOS.
La técnica también se ha descrito como capaz de implementarse a escala de oblea sin introducir componentes o pasos litográficos adicionales.
Debido a que el método evita resinas y máscaras, permanece compatible con los flujos de trabajo establecidos de semiconductores.
Los investigadores describen el proceso como escalable, listo para semiconductores y adecuado para integrarse con líneas de fabricación existentes.
Las nanoestructuras se describen como mecánicamente robustas, con informes que indican niveles de resistencia hasta 1000 veces mayores que los producidos usando algunos métodos convencionales de creación de patrones.
Sin embargo, la descripción disponible proporciona detalles limitados sobre pruebas mecánicas comparativas directas.
La técnica parece prometedora y es relevante para la computación de alto rendimiento, dispositivos cuánticos y los desafíos de gestión térmica asociados con los densos clústeres de GPU que impulsan las herramientas modernas de IA.
Pero una adopción más amplia dependerá de la reproducibilidad, la estabilidad a largo plazo y el costo bajo condiciones industriales, especialmente a las escalas de implementación de centros de datos.