冯立康+戴立新+洪国东+王政留

摘 要 随着晶体管和集成电路尺寸的减小及密度的增加，芯片级的功率密度和空间分布给热管理带来了极大挑战。石墨烯作为新兴二维材料的代表，由于其优异的热传导性能，有希望在下一代电子器件中作为散热材料，将局部热点的热量横向重新分布。然而，由于石墨烯的电导特性，需要二氧化硅等绝缘层将其与电路隔开。研究发现，绝缘层的厚度对石墨烯应用于功率芯片表面的散热性能有着重要的影响，绝缘层越薄，局部热点的散热效果越好。

【关键词】石墨烯 二氧化硅 厚度 散热

在过去的半个世纪中，随着通信、汽车电子、消费类电子、军事和航空航天电子对微电子产品高性能、微型化、多功能化和低成本的需求，对现有材料、工具、工艺和设计方法的改进迫在眉睫。电子器件和它们的应用成为了发展最快的领域，特征尺寸从微米降到纳米。除此以外，还有很多新的尝试，如多核架构、三维芯片堆叠等。然而，这些技术发展和新兴应用都给热管理带来了极大挑战，直接关系到电子器件的应用局限性和整体可靠性。

近年来，石墨烯由于其非常高的热导率（5300W/m·K），被视为最有希望的散热材料。Gao等使用化学气相沉积（CVD）法合成了单层石墨烯，在热流密度为430 W/cm2时，石墨烯作为散热层可将热点温度从120℃降到108℃。但是石墨烯不仅是很好的热传导材料，也具备良好的电导特性，因此需要二氧化硅（SiO2）等绝缘材料将其与电路隔开，这些绝缘材料通常热传导性能较差，而厚绝缘层会使石墨烯层的散热效果大打折扣。……