石墨烯「凉被」有助于电晶体散热

　　高功率氮化镓（GaN）电晶体因容易过热而令人诟病，最近美国科学家研发出一种由石墨及石墨烯（graphene）制成的「排热被」，能够有效降温而解决此问题。这个由碳材料所组成的补丁结构覆盖物（patchwork structures of coating）能降低电晶体内热点的温度达 20°C 之多，并因此让元件使用寿命提延长 10 倍。

　　氮化镓是高亮度发光二极体常采用的半导体材料，常见于交通号志与固态照明等用途中。此材料尤其适用于高功率高频率通讯元件以及紫光雷射二极体。自从于 2006 年商业化生产后，氮化镓半导体因其高效率与大操作电压亦已使用于许多无线应用当中。对汽车工业而言，氮化镓元件同时也是引人注目的高功率电子元件。

　　然而，因为氮化镓元件常会发生过热的现象，尤其是在高功率与大电压下操作时。过多的废热意味着氮化镓的元件效能会随着使用时间下降，最后甚至会导致元件故障，而氮化镓元件的市场占有率也因此受到限制。要避免这个问题，电晶体通道（即为元件主动区）附近产生的热需要被快速有效地移除。

　　虽然已有数种散热管理方案被提出，譬如覆晶封装（flip-chip bonding）技术及复合基板的采用等，此烫手问题仍旧未能完全解决。最近加州大学河滨分校的 Alexander Balandin 团队发展出一种不寻常的对策，他们以石墨和石墨烯制作「被子」（quilt）覆盖于元件上方，结果大幅降低元件温度。这是因为石墨及石墨烯皆为优良热导体，能携带走多余热量，达到散热功能。Balandin 表示，不同于金属材料，少层石墨烯薄膜即使在厚度仅数奈米时，依旧能保有绝佳热导性质，因此非常适合用来制作横向散热片及内部连线。

　　研究人员以微拉曼光谱（micro-Raman spectroscopy）进行监测，发现高功率操作下的氮化镓电晶体热点温度可降低达 20°C 之多，相当于能延长元件使用寿命十倍并增进元件的整体可靠度。此外，石墨烯薄片也可使用于氮化镓基板的热介面材料中作为填充物，有助于整体晶片废热的移除。