革新的な温度測定技術により電子デバイスのナノスケールのホットスポットが明らかに
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ワイヤーまで：ロチェスターの研究者らは、急峻な温度勾配を生み出すためにチームが設計した電気ヒーター構造上で、超高分解能の温度測定技術を実証しました。 (画像:ロチェスター大学/J. アダム・フェンスター)ラップトップやスマートフォンなどの電子デバイスが過熱すると、根本的にナノスケールの熱伝達の問題に悩まされます。その問題の原因を特定することは、干し草の山から針を見つけることに似ています。
「現代のエレクトロニクスの構成要素は、ナノスケールの機能を備えたトランジスタです。そのため、どの部品が過熱しているかを理解するには、最初のステップは詳細な温度マップを取得することです」と、ロチェスター大学機械工学部の助教授であり、レーザーエネルギー研究所の科学者でもあるアンドレア・ピッケル氏は述べています。 「しかし、それを行うにはナノスケールの解像度を持つものが必要です。」
既存の光学温度測定技術は、達成できる空間分解能に基本的な制限があるため、実用的ではありません。つまり、ピッケルと彼女の材料科学博士号は、学生のZiyang YeとBenjamin Harringtonは、ノーベル化学賞を受賞した生物学的イメージングで使用される光学超解像蛍光顕微鏡技術を活用することで、これらの限界を克服する新しいアプローチを考案しました。新しい科学の進歩で 研究者らは、発光ナノ粒子を使用して熱伝達をマッピングするプロセスの概要を説明します。
高濃度にドープされたアップコンバージョンナノ粒子をデバイスの表面に適用することにより、研究者らは最大 10 ミリメートル離れた場所からナノスケールレベルでの超高解像度温度測定を達成することができました。ピッケル氏によると、超解像顕微鏡の世界ではその距離は非常に遠く、インスピレーションのために使用された生物学的イメージング技術は通常 1 ミリメートル未満の距離で動作するとのことです。
ピッケル氏は、生物学的イメージング技術は大きなインスピレーションを与えてくれるものの、エレクトロニクスへの応用は非常に異なる材料を必要とするため、大きなハードルがあったと述べています。 「私たちの要件は生物学者とは大きく異なります。生物学者は細胞や水ベースの材料などを研究しているからです」と彼女は言いました。 「多くの場合、対物レンズとサンプルの間に水や油などの液体が存在することがあります。これは生物学的なイメージングには最適ですが、電子デバイスを使用している場合は、それは最も望ましくないことです。」
この論文では、チームが急激な温度勾配を生み出すために設計した電気ヒーター構造を使用した技術を実証しているが、ピッケル氏は、彼らの手法はメーカーが幅広い電気部品を改良するために使用できると述べている。プロセスをさらに改善するために、チームは使用するレーザー出力を下げ、ナノ粒子の層をデバイスに適用する方法を改良したいと考えています。
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