Vấn đề này trở nên đặc biệt quan trọng trong các thiết bị làm từ gallium nitride. "Gallium nitride có khả năng xử lý điện áp cao, tăng công suất và mở rộng băng thông", Han Yong thuộc Viện Khoa học, công nghệ và nghiên cứu Vi điện tử (A*STAR) của Singapo nói. "Nhưng, trong chip bán dẫn gallium nitride, nhiệt tập trung vào các khu vực nhỏ tạo thành một số điểm nóng".

Bằng phương pháp thực nghiệm và số, nhóm nghiên cứu đã chứng minh một lớp kim cương có thể truyền nhiệt và cải thiện hiệu suất nhiệt của thiết bị gallium nitride. Các nhà khoa học đã chế tạo chip thử nghiệm chịu nhiệt chứa tám điểm nóng nhỏ, mỗi điểm có kích thước 0,45 mm x 0,3 mm để sản sinh nhiệt được tạo ra trong các thiết bị thực tế. Nhóm nghiên cứu đã kết nối chip với một lớp kim cương chất lượng cao được tạo ra bằng kỹ thuật lắng đọng hơi hóa học. Bộ tản nhiệt bằng kim cương và chip thử nghiệm được kết nối thông qua quy trình liên kết nén nhiệt động; sau đó được kết nối với một vi thiết bị làm mát, bao gồm một dãy vi kênh cỡ micro mét và mạng lưới tác động vi phản lực. Nước tác động đến thành của nguồn nhiệt và đi qua các vi kênh để hạ nhiệt và làm mát cấu trúc.

Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm thiết bị bằng cách sản sinh 10-120W nhiệt trong chip dày 100 - 200 micromet. Lớp tỏa nhiệt bằng kim cương và vi thiết bị làm mát đã giúp duy trì cấu trúc ở mức dưới 160oC để phân tán nhiệt. Trên thực tế, nhiệt độ tối đa của chip đạt 27,3% thấp hơn so với thiết bị sử dụng đồng làm lớp truyền nhiệt và thấp hơn 40% thiết bị không có lớp truyền nhiệt.

Kết quả thử nghiệm đã được xác nhận thêm bằng các mô phỏng nhiệt. Theo đó, hiệu suất được cải thiện hơn nhờ tăng độ dày của lớp kim cương. Ngoài ra, chất lượng liên kết tốt giữa chip gallium nitride và bộ tản nhiệt kim cương đóng vai trò quan trọng để đạt hiệu suất cao nhất.

"Chúng tôi hy vọng sắp tới sẽ chế tạo được thiết bị làm mát vi lưu mới công suất cao và đồng nhất hơn, cũng như sẽ quản lý nhiệt bằng lớp kim cương có độ dẫn nhiệt cao gần cổng điện tử", Han nói.