Durchbruch: Diamantschichten kühlen Transistoren um 70 °C

Forschende der Stanford University melden einen Durchbruch bei der Kühlung von Mikrochips mit Diamant. Dem Team gelang es, eine mikrometerdünne Diamantschicht direkt auf die Oberflächen von Transistoren zu wachsen. In realen Tests sank deren Temperatur um 70 °C, in Simulationen sogar um bis zu 90 %.

Damit adressieren sie eines der drängendsten Probleme moderner Mikroelektronik: steigende Hitzeentwicklung, je dichter die Transistoren gepackt sind. Im Labor von Professorin Srabanti Chowdhury wurde Diamant erstmals bei rund 400 °C gezüchtet – ein Bereich, der für Halbleiterstrukturen als verträglich gilt. Frühere Verfahren verlangten Temperaturen von über 1000 °C und konnten die Schaltungen beschädigen. Der Schritt auf dieses niedrigere Prozessfenster holt das Konzept aus der Labornische und macht es anwendungsreif.

Diamant besitzt eine Rekord-Wärmeleitfähigkeit – sechs Mal höher als Kupfer – und eignet sich damit ideal als Wärmespreizer. Der neue Ansatz setzt auf polykristallinen Diamant, der mit zusätzlichem Sauerstoff gewachsen wird, um Verunreinigungen zu entfernen und die Leitfähigkeit zu verbessern. Der dünne Film umgibt die Transistoren und führt die Wärme deutlich effizienter ab als herkömmliche Kühlkörper.

Die Entwicklung hat bereits das Interesse der DARPA und großer Chip-Hersteller wie TSMC, Micron und Samsung geweckt. Eine breite Einführung der Diamantkühlung wird bis 2027 erwartet. Die Forschenden betonen, der Durchbruch könne die Siliziumära verlängern und den Weg für leistungsstärkere, energieeffizientere Prozessoren ebnen – eine Aussicht, die sich kaum ignorieren lässt.