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| 2005年11月29日 |
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ElectronicsWeeklyから：
NASA発、カーボン・ナノワイヤーが熱抵抗を低減
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NASAは、熱抵抗を低減するためにカーボン・ナノチューブの使用を検討している。半導体チップとヒートシンクの間の熱フローを改善するためだ。NASAのAmes研究センターのJun Li氏は、ElectronicsWeeklyに対して、「従来のヒートシンクは表面が滑らかであるため熱伝導性が低い。熱伝導性を高くするには、通常、油脂を塗ったり共晶合金をはんだづけしたりする必要がある」と語った。Li氏はこうした方法の替わりに、接続部にカーボン・ナノファイバーと呼ばれるナノチューブを使用している。
同氏は、「カーボン・ナノファイバーは、圧力への依存性と表面の粗さから、固定するのが困難であることはよく知られている」と指摘した上で、「2枚の平らなシリコンの接続部の抵抗は約2cm2K/Wである。この値は油脂やはんだによって改善できる。研究者は現在、0.5cm2K/W以下を目標に取り組んでいる。さらに次世代は0.2cm2K/Wを目標にしている。その一方で、当研究グループはすでに0.2cm2K/Wを達成し、現在、最適化作業を行っている」ことを明らかにした。
NASAはカーボン・ナノチューブの優れた熱伝導性に期待を寄せる。Li氏は、「カーボン・ナノチューブの熱伝導性に関しては興味深い点が多い。熱伝導率がダイヤモンドと同等だとする報告書もある。ただし異方性が強いのが難点だ」と続けた。
チューブの縦方向の熱伝導性はダイヤモンドと同等である。しかし、熱はチューブの横方向にはなかなか伝わらない。Li氏は、「ナノチューブがスパゲッティのように束ねられると、熱伝導性が急激に低くなる。熱は2つの面（チップとヒートシンク）の間を通らないだろう」と指摘した。しかしLi氏は、「当研究チームは、ナノチューブをブラシのように一定の方向に成長させる方法が開発した。垂直構造を維持しながら曲げたり折ったりできる」という。
Ames研究チームは、銅板の上に熱接続物質を成長させている。この物質は高い熱伝導性を実現するだけではない。ファイバーは弾力で戻ることから再利用できることも証明されている。Li氏は、「こうしたことははんだではできない」と付け加えた。
しかし、力が加わることでファイバーが平らになる可能性がある。これを防ぐために、研究チームはファイバーの底の周辺に銅の層を電気化学的に積層させる方法を発見した。Li氏は、「絶縁しない部分を多く残した。余分の銅はその場で一直線を保ち、次に側面への熱の広がりを促進させる」と説明した。研究チームがナノコンダクタと呼ぶこの技術は、商用化を視野に入れてライセンス供与している。
カーボン・ナノファイバー？
NASAのJun Li氏は、カーボン・ナノチューブの1種であるカーボン・ナノファイバーの研究に取り組んでいる。しかし同氏が研究しているのは需要の多い完全な単層ナノチューブでもなければ、多層カーボン・ナノチューブでもない。欠陥のある多層ナノチューブである。
ナノファイバーは成長が速い。Li氏は、「われわれはプラズマCVD（化学的気相成長）法を使用している。また、電界を印加してナノ構造を垂直に整列させた。温度はやや低い700℃であるため欠陥も多い。しかしシリコンとの互換性がある」と説明した。円状に林立するカーボン・ナノファイバーは半導体デバイスとヒートシンクの間の熱抵抗を抑える。
(ElectronicsWeekly)
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