研究揭示了纳米尺度下固体半导体中流体状热流的奥秘。

研究人员正在应用同样的“流体动力学传输模型”来研究流体在固体半导体中的热输运，这对高速晶体管和激光器的设计具有潜在的意义。

图片说明：普渡大学的研究人员已经看到了由超小热源产生的温度变化，在半导体铟镓砷化物上形成的金带。这项工作对高速晶体管和激光器的设计具有潜在的意义。该图像（a）描述了器件结构和实验装置，所制作器件的光学图像（b）和（c）实验热图像。（普渡大学图像/ amirkoushyar ziabari，Bjorn Vermeersch）

微小纳米半导体热源的热成像揭示了被称为声子的含热物体的涡流的细节。

新发现对“热串扰”有潜在的重要影响，其中多个热源相互作用，影响系统的整体温度，阻碍性能。研究人员使用一种名为全场热反射热成像直接观察温度变化的超小型热源产生，黄金条的顶上形成半导体砷化铟镓。

研究涉及声子的至关重要的作用，量子力学的对象，或“准粒子”描述的振动通过材料的晶体结构。声子被认为是固体材料中的“热载体”。

“这是第一次这样的动力作用在固体热传导的观察是间接的，”Ali Shakouri说，“比尔克纳米技术中心和电气和计算机工程教授，普渡大学的Mary Jo和Robert L. Kirk导演。虽然被称为旋涡的结构在水或空气等流体流动中是常见的，但这是我们第一次看到，它们可以存在于固体中，用于典型的半导体铟镓砷化物中的声子流，用于高速晶体管和激光器。

“观察到的热串扰减少在纳米电子和光电子器件的设计具有重要意义，”普度大学的博士后研究员Amirkoushyar Ziabari说，该论文的第一作者。随着电子和光电子器件的体积越来越小，越来越多的器件被封装到一个较小的区域，因此这些器件之间的热串扰变得非常重要。了解热源附近的精确热行为和热源的几微米，将有助于在性能、速度、热可靠性等方面更好地设计最先进的设备。

研究人员发现，减小热串扰是由热源边缘附近产生的涡流引起的。

“这是类似于观察到的障碍物的边缘放置在气流或水流的旋涡，如在飞机的机翼，”沙蔲日说。

热传导定律被称为傅立叶定律或热扩散方程，不能准确地预测纳米尺度上器件的热输运。由于傅立叶扩散方程不能解释这些尺度上的热输运，这种输运方式称为非扩散。

“随着电子和光电器件的尺寸越来越小，这是要考虑的，这样的小装置优化设计这一非扩散行为的重要，”Ziabari说。“这些新的测量表明，在纳米尺度下，热的传播有有趣的类似流体的行为。”

传统的方法不考虑在纳米尺度上发现的热输运旋涡。

他说：“只有当特征源尺寸与150纳米的流体动力学长度尺度相当时，涡度才变得重要。”。

的傅里叶理论大大高估了实验观察到的温度距离加热器线。

“令人惊讶的效果，温度的衰减比傅里叶理论预测的要快得多，”沙蔲日说。“在一个小的热源的1或2微米的距离内，一条大约100纳米宽的线，温度可能是傅立叶理论预测的三分之一到四分之一。”

的热反射热成像方法允许研究人员创建地图的温升比在更高的分辨率在可见光范围内，否则可能用光。

这项工作是由在普度发现公园比尔克纳米技术中心的研究人员进行，普渡大学电子与计算机工程学院，大学óAUT NOMA巴塞罗那粮食à我Énergie Atomique在格勒诺布尔、法国，并在辛辛那提大学机械与材料工程系。所有合著者都在摘要中列出。

这项研究部分由欧洲委员会和西班牙经济和竞争力部资助。