Kühlere Chips mit Graphen

Thermische Leitfähigkeit der einatomigen Kohlenstoffschichten weit besser als von Kupfer

Modell einer deponierten Graphenschicht
Modell einer deponierten Graphenschicht

Grenoble (Frankreich)/Austin (USA) - Je schneller Prozessoren getaktet werden, desto mehr heizen sie sich auf. Heute leiten Kupferkontakte diese Wärme zu gerippten Kühlkörpern. Doch hauchdünne Schichten aus Kohlenstoff, so genanntes Graphen, wären offensichtlich besser für den Wärmetransport geeignet. Zu diesem Ergebnis kommen französische und amerikanische Forscher, die ihre Experimente in der Zeitschrift "Science" veröffentlichten.

"Graphen kann sehr nützlich sein, um Hitzeprobleme zu lösen, beispielsweise in der Nanoelektronik", berichten Jae Hun Seol von der University of Texas in Austin und seine Kollegen vom Forschungszentrum für Nanomaterialien des französischen Atomenergiekommissariat (CEA). So leiten die nur eine Atomlage dünnen Kohlenstoffschichten im reinen Zustand mit bis zu 5000 Watt pro Meter und Grad Wärme besser als die bisher besten Leiter wie Diamant oder Graphit. Doch für technische Anwendungen können die Graphenschichten nicht frei schweben, sondern müssen auf einer Unterlage deponiert werden. Exakt diesen Fall untersuchten die Wissenschaftler und fanden mit 600 Watt pro Meter und Grad eine immer noch größere Leitfähigkeit als bei dünnen Kupferschichten.

Die geringeren Werte erklären die Forscher mit störenden Gitterschwingungen zwischen den Kohlenstoffatomen im Graphen und dem unterlegten Siliziumdioxid-Substrat. Da sich Graphen relativ günstig über ein Abschälen von Graphit-Blöcken herstellen lässt, stehen die Chancen für eine Anwendung als Wärmeleiter in zukünftigen Rechenchips gut. Da sich zudem aus dem erst 2004 entdeckten Material Transistoren und sehr gute elektrische Leiter produzieren lassen, könnte Graphen nicht nur Kupferkontakte, sondern auch Schaltkreise aus Silizium ersetzen.