Çima çîpên nûjen germ dibin

Her ku tranzîstorên di pîvana nano de bi rêjeyên gîgahertz diguherin, elektron di nav devreyan de diherikin û enerjiyê wekî germê winda dikin - heman germahiya ku hûn hîs dikin dema ku laptop an têlefonek bi awayekî nerehet germ dibe. Zêdekirina tranzîstoran li ser çîpekê cîhek kêmtir dihêle ku ew germ were rakirin. Li şûna ku bi rengek wekhev di nav silîkonê de belav bibe, germ di nav deverên germ de kom dibe ku dikarin bi dehan pileyan ji herêmên derdorê germtir bin. Ji bo ku ji zirar û windabûna performansê dûr bikevin, pergal dema ku germahî bilind dibe CPU û GPUyan dixin.

Qada pirsgirêka germî

Tiştê ku wekî pêşbirkek ji bo piçûkkirinê dest pê kir, veguherî şerekî bi germahiyê re li seranserê hemî elektronîkan. Di komputerê de, performans her ku diçe dendika hêzê bilindtir dike (serverên takekesî dikarin bi qasî deh kîlowattan bikar bînin). Di ragihandinê de, hem devreyên dîjîtal û hem jî yên analog ji bo sînyalên bihêztir û daneyên zûtir hêza tranzîstorê ya bilindtir dixwazin. Di elektronîkên hêzê de, karîgeriya çêtir ji hêla sînorkirinên germî ve her ku diçe sînordar dibe.

Stratejiyeke cuda: belavkirina germê di hundirê çîpê de

Li şûna ku germahî were komkirin, fikrek sozdar ev e kutenikkirinew di nav çîpê de bi xwe - mîna rijandina piyalek ava kelandî nav hewzek avjeniyê. Ger germ li cihê ku çêdibe belav bibe, cîhazên herî germ sartir dimînin û sarkerên kevneşopî (radyatorên germkirinê, fan, çerxên şilavê) bi bandortir dixebitin. Ev yek hewce dikemateryalê îzoleker ê elektrîkê û xwedî îzolasyona elektrîkê û xwedî îzolasyona germî ya bilindtenê nanometreyan ji tranzîstorên çalak bêyî ku taybetmendiyên wan ên nazik xera bike, entegre kir. Namzedekî neçaverêkirî li gorî vê yekê ye:cewher.

Çima elmas?

Elmas di nav baştirîn guhêzkarên germî yên naskirî de ye - çend caran ji sifir bilindtir - di heman demê de îzolekerê elektrîkê ye jî. Pirsgirêk entegrasyon e: rêbazên mezinbûna kevneşopî germahiyên li dora 900-1000 °C an jî jortir hewce dikin, ku dê zirarê bide devreyên pêşkeftî. Pêşketinên dawî nîşan didin ku ziravelmasa polîkrîstalînfîlm (tenê çend mîkrometre stûr) dikarin ligermahiyên pir kêmtirminasib ji bo amûrên qedandî.

Sarincên îroyîn û sînorên wan

Sarkirina sereke li ser rakêşên germahiyê, fan û materyalên navrûyê yên çêtir disekine. Lêkolîner her wiha sarkirina şilava mîkrofluidîk, materyalên guheztina qonaxê, û tewra binavkirina serveran di şilavên germî-guhêzbar û elektrîkî-îzoleker de vedikolin. Ev gavên girîng in, lê ew dikarin giran, biha, an jî bi nebaş li gorî hilberên nû bin.3D-stackedmîmariyên çîpan, ku tê de gelek tebeqeyên silîkonê mîna "avahiya asîman" tevdigerin. Di van stûnan de, divê her tebeqe germê berde; wekî din xalên germ di hundur de asê dimînin.

Meriv çawa elmasa amûr-dostane mezin dike

Elmasa yek-krîstal xwedî îhtîmaleke berbiçav a germî ye (≈2200–2400 W m⁻¹ K⁻¹, nêzîkî şeş qat ji sifir). Fîlmên polîkrîstalîn ên ku hêsantir têne çêkirin dikarin nêzîkî van nirxan bibin dema ku têra xwe stûr bin - û her çend ziravtir bin jî, ji sifir çêtir in. Depoya buhara kîmyewî ya kevneşopî di germahiya bilind de metan û hîdrojenê reaksiyon dike, nanokolonên elmasê yên vertîkal çêdike ku paşê dibin fîlmek; heta wê demê qat stûr, streskirî û meyldarê şikestinê ye.
Mezinbûna di germahiya nizm de rêçeteyek cûda dixwaze. Tenê kêmkirina germê dibe sedema dûmana guhêzbar li şûna elmasa îzolekirî.oksîjankarbona ne-elmas bi berdewamî dikolîne, dihêleelmasa polîkrîstalîn a gewr-mezin li ~400 °C, germahiyek ku bi çerxên entegre yên pêşketî re hevaheng e. Bi qasî girîng, pêvajo dikare ne tenê rûberên horizontal lê di heman demê dedîwarên alî, ku ji bo cîhazên bi xwezayî yên 3D girîng e.

Berxwedana sînorê germî (TBR): tengaviya fononê

Germahiya di madeyên hişk de ji hêlafonon(lerizînên tora kûantîzkirî). Li ser rûberên materyalan, fonon dikarin vegerin û kom bibin, û çêbikinberxwedana sînorê germî (TBR)ku rê li ber herikîna germê digire. Endezyariya navrûyê hewl dide ku TBR kêm bike, lê hilbijartin ji hêla lihevhatina nîvconductor ve sînordar in. Li hin navrûyan, tevlihevkirin dikare tenikek çêbikekarbîda silîkonê (SiC)çînek ku li her du aliyan bi spektrumên fononê re çêtir li hev dike, wekî "pirek" tevdigere û TBR kêm dike - bi vî rengî veguhestina germê ji cîhazan ber bi elmasê ve baştir dike.

Qada ceribandinê: GaN HEMT (transistorên radyofrekansê)

Tranzîstorên tevgera elektronê ya bilind (HEMT) li ser bingeha herikîna kontrolkirina nîtrîda galyûmê di gazek elektronê ya 2D de ne û ji bo xebata frekans û hêza bilind (di nav de X-band ≈8–12 GHz û W-band ≈75–110 GHz) têne nirxandin. Ji ber ku germ pir nêzîkî rûyê erdê çêdibe, ew ceribandinek hêja ya her tebeqeya belavkirina germê ya di cîh de ne. Dema ku elmasek zirav cîhazê - di nav de dîwarên alî jî - dorpêç dike, germahiyên kanalê hatine dîtin ku bi ... daketin.~70°C, bi başbûnên berbiçav di serê germî de li hêza bilind.

Elmas di CMOS û stûnên 3D de

Di hesabkirina pêşketî de,Dabeşkirina 3Ddendika entegrasyonê û performansê zêde dike lê astengiyên germî yên navxweyî diafirîne ku sarincên kevneşopî û derveyî herî kêm bibandor in. Yekkirina elmasê bi silîkonê re dîsa dikare sûdmend be.Qata navberê ya SiC, û navgînek germî ya bi kalîte bilind peyda dike.
Yek ji mîmariyên pêşniyazkirî ev eîskeleta germîpelên elmasê yên bi qasî nanometre zirav li jor transistoran di hundirê dîelektrîkê de hatine bicihkirin, bi hev ve girêdayî nerêyên germî yên vertîkal ("stûnên germê")ji sifir an jî elmasa zêde hatiye çêkirin. Ev stûn germê ji qatek bo qatek din diguhêzin heta ku digihîje sarincokek derveyî. Simulasyonên bi karên rastîn nîşan didin ku avahiyên weha dikarin germahiya herî bilind biheta rêzeke mezinahîyêdi stûnên delîl-konseptê de.

Çi dijwar dimîne

Zehmetiyên sereke çêkirina rûyê jorîn ê elmasê ne.bi awayekî atomî dûzji bo entegrasyoneke bênavber bi pêwendiyên sergirtî û dielektrîk re, û pêvajoyên rafinkirinê da ku fîlmên tenik bêyî ku zextê li ser çerxên bingehîn bikin, germahiya hêja biparêzin.

Nîr

Ger ev rêbaz berdewam bikin bi pêşveçûnê,belavbûna germahiya elmasê ya di çîpê dedikare sînorên germî di CMOS, RF, û elektronîkên hêzê de bi girîngî sist bike - rê dide performansek bilindtir, pêbaweriyek mezintir, û entegrasyona 3D ya zexmtir bêyî cezayên germî yên asayî.