| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2020년 가을 (11/18 ~ 11/20, 휘닉스 제주 섭지코지) |
| 권호 | 26권 1호 |
| 발표분야 | G. 나노/박막 재료 분과 |
| 제목 | 마이크로 디바이스의 열 관리를 위한 porous Copper-Graphene-Graphene Oxide 복합체 |
| 초록 | 전자기기는 더 작고 빠른 성능을 목표로 발전하였으며, 디바이스의 내부 집적도는 점차 증가하였다. 내부 집적도가 높아짐에 따라 발열 문제가 발생하였고, 높은 온도는 디바이스의 성능과 수명 저하를 야기하였다. 따라서 발생하는 열을 빠르게 낮추기 위한 Heat sink에 대한 연구가 진행되었고, 빠른 열 확산을 위하여 Cooling Fan을 이용한 강제 대류가 적용되었다. 하지만 Cooling Fan의 부피로 인하여 마이크로 디바이스로의 적용은 어려운 실정이다. 이에, 작은 부피를 가지면서 높은 열 방출 효율을 얻기 위하여 재료적, 구조적 연구가 활발히 이루어지고 있다. 다공성 구조와 같은 넓은 표면적은 열 방출에 유리하고, Graphene 및 Carbon nano tube와 같은 탄소 소재는 우수한 열 전도도를 지니고 있기에 차기 물질로 각광받고 있지만, 실제 디바이스에 적용하여 그 방열 특성을 확인한 연구는 아직 부족하다. 본 연구에서는, porous Cu-Gr-GO 복합체를 이용하여 고 방열 특성을 지닌 히트싱크를 제작하였다. Cu powder와 GO(Graphene Oxide)를 혼합하고, TCVD(Thermal Chemical Vapor Deposition)를 이용하여 1000℃, Methane, Hydrogen 분위기에서 Graphene을 합성하여 porous Cu-Gr-GO 복합체를 제작하였다. 구리 파우더는 1000℃의 온도에서 표면만이 녹아 서로 결합하여 다공성 구조를 형성하였고, 기공 사이에는 열로 인해 환원된 Graphene Oxide 층이 존재하는 것을 SEM(Scanning Electron Microscopy) 및 TEM(Transmission Electron Microscopy), Raman Spectroscopy로 분석하였다. BET(Brunauer-Emmett-Teller) 분석법으로 확인한 다공성 구리 구조의 기공률은 약 34% 이며, porous-Gr-GO 복합체의 열 전달 능력이 동일한 기공률의 구리보다 우수한 것을 시뮬레이션으로 계산하였다. 이는 복합체의 상단에 열원을 접촉하여 열 화상 카메라로 확인한 결과와 동일하였다. porous Cu-Gr-GO 복합체의 상단에 LED(Lighting Emitting Diode)를 부착하여 온도를 측정한 결과, 일반 구리의 LED 온도는 약 40℃이지만, porous Cu-Gr-GO 복합체는 약 32℃로 관찰되었다. 또한 LED에 가혹조건의 전류를 인가하고 수명을 측정했을 때, 순수한 구리에 부착된 LED의 1주일 후 광량 감소율은 35% 로 측정되었지만, 복합체에서는 5% 이내로 우수한 특성을 보여주었다. 위와 같은 연구 결과는 고 발열성 디바이스를 위한 히트싱크 뿐만 아니라 촉매, 에너지, 캐패시터 등 다양한 분야에 접목되어 그 특성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대한다. |
| 저자 | 노호균, 김형구, 성채원, 이상현, 하준석 |
| 소속 | 전남대 |
| 키워드 | 그래핀; graphene; 그래핀옥사이드; graphene oxide; 방열; thermal management; 히트싱크; heat sink |
