En la actualidad, la mayoría de los dispositivos electrónicos dependen de sistemas de refrigeración convencionales, como ventiladores y disipadores de calor. Sin embargo, un grupo de investigadores japoneses ha presentado un enfoque revolucionario que permite controlar la disipación del calor en chips de una manera sin precedentes.
La técnica innovadora se basa en un proceso de fabricación láser que modifica la manera en que el calor fluye a través de películas delgadas de silicio y silicato, al dar forma a sus superficies a nivel nanoscale.
Control del flujo térmico a nivel nanoscale
La investigación se centra en el uso de pulsos láser ultrarrápidos, cada uno de ellos con una duración de un femtosegundo, para crear surcos paralelos en la superficie de las películas. Estos surcos se diseñan con un espaciado y profundidad controlados que se alinean con la distancia promedio que recorren los fonones antes de dispersarse.
Los fonones son las principales partículas responsables de la conducción del calor en los componentes electrónicos.
Al restringir su movimiento, se puede modificar de manera predecible la conductividad térmica del material.
Estructuras de superficie periódicas inducidas por láser
Las características resultantes de este proceso, conocidas como estructuras de superficie periódicas inducidas por láser de femtosegundos, presentan una alta uniformidad en áreas relativamente grandes. Al combinar estas superficies con un proceso de grabado seco convencional, se logra una notable reducción de la conductividad térmica.
Las mediciones de termorreflectancia han cuantificado este cambio, proporcionando una confirmación experimental del comportamiento observado. Además, las simulaciones numéricas han demostrado que la reducción en la conductividad térmica proviene principalmente de la limitada distancia que pueden recorrer los fonones, sin que haya cambios en la composición química o propiedades del material en su forma macroscópica.
Velocidad de fabricación y aplicabilidad
Uno de los puntos más destacados de este estudio es la velocidad de fabricación.
El proceso de fs-LIPSS se informa que opera a una tasa más de 1000 veces más rápida que la litografía de electrones de un solo haz, manteniendo aún una resolución a nivel nanoscale. Esta diferencia es crucial para aplicaciones que requieren áreas grandes con patrones, como las capas térmicas integradas en procesadores de centros de datos.
La técnica es sin máscara y sin resistencias, lo que simplifica los procedimientos y se alinea con las restricciones de fabricación CMOS estándar. También se ha descrito su capacidad para implementarse a escala de obleas sin introducir componentes adicionales o pasos litográficos.
Compatibilidad con flujos de trabajo semiconductores
Al evitar el uso de resistencias y máscaras, este método se mantiene compatible con los flujos de trabajo semiconductores establecidos. Los investigadores han señalado que el proceso es escalable, listo para semiconductores y adecuado para la integración con líneas de fabricación existentes.
Las nanostructuras resultantes son mecánicamente robustas, mostrando niveles de resistencia hasta 1000 veces superiores a los de algunos métodos de patrón convencionales. Sin embargo, la descripción disponible ofrece detalles limitados sobre la evaluación mecánica directa o métodos de pruebas comparativas.
Perspectivas futuras y desafíos
La técnica innovadora se basa en un proceso de fabricación láser que modifica la manera en que el calor fluye a través de películas delgadas de silicio y silicato, al dar forma a sus superficies a nivel nanoscale.0
La técnica innovadora se basa en un proceso de fabricación láser que modifica la manera en que el calor fluye a través de películas delgadas de silicio y silicato, al dar forma a sus superficies a nivel nanoscale.1
