Дырявая плёнка остужает кремний экспресс
Толпа на узкой улице движется медленно, потому что люди натыкаются друг на друга. В кремнии тепло переносится похожими «толчками» — колебаниями атомов, которые называют фононами. Если прорезать в кремниевой плёнке крошечные отверстия, фононы будут натыкаться на них, как пешеходы на столбы, и тепло пойдёт хуже.
Учёные сделали именно это: в плёнке кремния толщиной 40 нанометров (в тысячу раз тоньше человеческого волоса) проделали отверстия диаметром 35 нанометров с шагом 63 нанометра. Отверстия расположены ровно, как соты, потому что их «нарисовал» самоорганизующийся полимер — длинные молекулы, которые сами выстраиваются в узор. Дальше по этому узору вытравили кремний.
Главная хитрость — глубина отверстий. Её можно менять, не трогая ни диаметр, ни шаг. Полностью сквозные отверстия задерживают тепло сильнее всего, а неглубокие — слабее. Так получается «регулятор громкости» для теплового потока: крутишь глубину — меняешь теплопроводность.
Чтобы точно измерить, сколько тепла проходит через такую плёнку, пришлось усовершенствовать старый метод трёх зондов. Обычно мешают контакты между плёнкой и подложкой — они добавляют лишнее сопротивление, как плохие двери на пути толпы. Новый способ учитывает эти «двери» и выдаёт честное значение.
В итоге получилась простая и управляемая технология: дырявый кремний можно настраивать под разные задачи — от охлаждения микросхем до термоэлектрических генераторов, превращающих разницу температур в электричество. Улица с препятствиями оказалась полезной.
Отверстия в кремнии делают не сверлом, а с помощью полимера, который сам собирается в узор из шестиугольников — как пчелиные соты, только в тысячу раз мельче.