다공성 다이아몬드를 이용한 열전달 향상
저자
김윤서(Yunseo Kim) ; 공대영(Daeyoung Kong) ; 이정배(Jungbae Lee) ; 장봉호(Bongho Jang) ; 권혁준(hyuk-jun Kwon) ; 인정빈(Jung Bin In) ; 이형순(Hyoungsoon lee)
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2021
작성언어
Korean
KDC
550
자료형태
학술저널
발행기관 URL
수록면
17-17(1쪽)
제공처
초 미세 공정 기술의 발전에 따라 반도체 소자는 초 소형화 및 고집적화 되어왔다. 뿐만 아니라, 고전자이동도 트랜지스터(HEMT) 등의 새로운 소자기술의 등장으로 반도체의 성능은 더욱 개선되고 있다. 이에 따라, 단위 면적당 발열량이 급격히 증가하는 추세이며 전통적인 방열 기술은 냉각 성능과 전력 효율상의 한계에 도달하였다. 기기의 과열은 정보처리 속도를 감소시키며, 소자가 오작동하고 재료가 열화 되는 등 신뢰성과 내구성의 심각한 문제를 야기한다. 그러므로, 반도체소자의 미세화와 고성능화가 양립하기 위해서는, 매우 작은 면적에서 발생하는 열을 효과적으로 분산시킴과 동시에 낮은 열저항으로 이를 제거할 수 있는 냉각기술의 개발을 필요로 한다. (1)
다이아몬드는 뛰어난 기계적 및 화학적 특성뿐만 아니라 매우 높은 열전도도를 가지기 때문에 극소면적에서 발생하는 열을 분산시키는 히트 스프레더(Heat Spreader)로서 활용되기에 매우 적합한 재료이다. 또한, 다공성으로 개질 하여 2 상 유동냉각의 계면으로 사용할 경우, 높은 열전달 표면적을 제공함과 동시에 활발한 핵형성으로 증발 잠열(Latent Heat)에 의한 열교환을 촉진할 수 있다.
본 연구는 다공성 다이아몬드 표면의 비등 열전달 성능 향상에 관한 연구로서, 소수성을 가지는 다결정 다이아몬드 표면을 다공성 마이크로 핀 형상으로 개질 하여 더 큰 표면적과 함께 높은 젖음 특성을 활용하였다. 수성 다이아몬드 현탁액에 의해 시드(Seed)처리된 실리콘 웨이퍼 기판 위에 화학 증착 기상법(Chemical Vapor deposition)을 이용하여 다결정 다이아몬드층을 제작한 뒤에, 열산화를 통해 필름을 핀 형상으로 식각(Etching)하였다. (3) 열 산화 시간을 조절하여 핀의 형상을 조절하였고, 이에 따른 열전달 특성 변화를 관찰하였다. 작동 유체로는 탈 이온수(DI water)가 사용되었으며 IR 카메라를 사용하여 각 열 유속에서 표면온도의 변화를 측정함으로써 열성능을 평가하였다.
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