Американські інженери з Іллінойського університету в Урбані та Шампейн ретельно оцінили розподіл температури в області контактів працюючого графенового транзистора.

Досліджені пристрої були побудовані на базі одношарового графену з використанням паладієвих електродів. Температурну карту автори складали по недавно розробленою методикою, модифікуючої традиційну атомно-силову мікроскопію. Просторовий дозвіл карти одно виявилося 10 нм, а температурне – 250 мк.

Температура та схема одного з графенових пристроїв, що вивчалися експериментально. VСІ тут дорівнює 1,5 В. (Ілюстрація з журналу Nature Nanotechnology.)

Експерименти були спрямовані на вивчення трьох основних контактних явищ: джоулева нагріву, стиснення струму (current crowding) та ефекту Пельтьє. Стисненням, пояснимо, позначають нерівномірний розподіл щільності струму поблизу контактів, яке може приводити до локального перегріву і освіті «гарячих точок». Ефектом Пельтье називають інше термоелектричне явище – виділення або поглинання тепла при проходженні струму в області контакту двох різнорідних провідників; кінцевий результат (тобто підвищення або пониження температури) тут визначається напрямом руху носіїв заряду і знаком коефіцієнта термоЕРС.

Проаналізувавши зібрані дані, вчені оцінили внесок усіх трьох механізмів і зареєстрували самостійне термоелектричне охолодження графенового пристрої, обумовлене ефектом Пельтье. «Спостерігати таке мимовільна зниження температури ще нікому не вдавалося», – говорить учасник дослідів Вільям Кінг (William King).

За розрахунками дослідників, в майбутніх графенових пристроях з підвищеною рухливістю носіїв і зниженим питомим контактним опором амплітуда термоелектричного ефекту повинна збільшуватися, а внесок джоулева нагріву і стиснення струму стане менш помітним. Заміна кремнію на графен, таким чином, буде давати все більшу вигоду.

Моделювання внеску різних ефектів у зміну температури при VСІ = 1 В. Джоулем нагрів позначений як JH, стиснення струму – СС, термоелектричний ефект – ТІ. Синім відзначені результати для того випадку, коли струм дірок спрямований в область контакту, червоним – для зворотного випадку. Край контакту паладію з графеном знаходиться в точці х = 2,5 мкм. Як видно, термоелектричний ефект може викликати й мимовільне охолодження, і нагрівання. (Ілюстрація з журналу Nature Nanotechnology.)

За матеріалами: Іллінойсського університету в Урбані та Шампейн

Tweet

Заможні регіони: Для чого насправдіотрібні вибори?