美国海军发现的新材料可能彻底改变计算机芯片的散热

在半导体设计中,最大的挑战之一是找到将废热从结构中转移到设计的任何散热区域的方法。CPU和系统冷却这个问题并没有得到太多的解决,我们往往集中在寻找更有效的方法,以消除散热器盖或模具顶部的热量。

热量如何有效地传递到那个点的问题和之后发生的事情一样重要。美国海军研究实验室的研究人员与波士顿学院合作,发现了一种新的高效传输方法。立方硼化镓。

研究小组认为,砷化硼ba)的室温导热系数大于2000 Wm-1K-1。这与钻石或石墨的体积值相当,它们的体积值是已知的最高的,但两者都非常难以使用或集成到产品中。金刚石和石墨的大规模合成和精确应用都很困难,这限制了它们的实际应用能力。

砷化硼更容易处理。

砷化物之所以能如此有效地传导热量,是因为晶格结构中的振动波(声子)。在传统金属中,热量是由电子传递的。由于电子也带有电荷,所以金属在室温下的导热性和导电性是相关的。像铜和铝这样的能很好地传热的金属,往往也能很好地导电,特别是与铁相比,铁是一种很差的载体。

这里所做的工作是理论性的,是基于对已知硼晶格结构的建模,但数学证明是正确的。晶格结构和半导体的已知特性,包括硼在III-V组中所做的半导体工作,指出了在太阳能电池和辐射硬化电路中的潜在应用。硼与金刚石不同的另一个优点是,III-V半导体制造已经是一个正在进行的研究领域。硼可以与砷化镓(BGaAs)成键,尽管关于其在这种结构中的有效性的数据有些有限。

如果研究人员的预测被证明是正确的,那么这种能力无疑是有用途的。砷化镓是一种难以处理的衬底,这也是硅仍然是行业标准的原因之一,但随着CMOS的规模化变得越来越困难,预计未来几年将有多家制造商部署III-V材料。将热量从晶体管中移走可以实现更高的性能,并在任何蓄热不利于产品功能(也就是说,大部分产品功能)的应用程序中减少冷却的需要。

由于硼与石墨烯的合作方式,近年来硼也受到了广泛的关注。如图所示,氮化硼和石墨烯可以并排生长,从而形成石墨烯的纳米线,并被硼隔离。这些类型的应用表明,硼在未来可能会受到更多的关注,特别是如果产量能够提高到工业水平。

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