Kí ló dé tí àwọn ègé ìgbàlódé fi ń gbóná gan-an

Bí àwọn transistor nanoscale ṣe ń yípadà ní ìwọ̀n gigahertz, àwọn elekitironi máa ń sáré kọjá àwọn iyika wọ́n sì máa ń pàdánù agbára gẹ́gẹ́ bí ooru—igbóná kan náà tí o máa ń ní nígbà tí kọ̀ǹpútà alágbèéká tàbí fóònù bá gbóná lọ́nà tí kò bá rọrùn. Kíkó àwọn transistor púpọ̀ sí orí chip fi àyè díẹ̀ sílẹ̀ láti mú ooru náà kúrò. Dípò kí ó tàn kálẹ̀ déédé nípasẹ̀ silicon, ooru máa ń kó jọ sínú àwọn ibi tí ooru ti le gbóná ju àwọn agbègbè tí ó yí i ká lọ. Láti yẹra fún ìbàjẹ́ àti àdánù iṣẹ́, àwọn ẹ̀rọ máa ń pa àwọn CPU àti GPU run nígbà tí ooru bá pọ̀ sí i.

Ààlà ìpèníjà ooru

Ohun tí ó bẹ̀rẹ̀ gẹ́gẹ́ bí ìdíje láti dínkù ti di ìjà pẹ̀lú ooru lórí gbogbo ẹ̀rọ itanna. Nínú ìkọ́ǹpútà, iṣẹ́ ń tẹ̀síwájú láti mú kí agbára pọ̀ sí i (àwọn olupin kọ̀ọ̀kan lè fa ìwọ̀n kilowatts mẹ́wàá). Nínú ìbánisọ̀rọ̀, àwọn iyika oni-nọ́ńbà àti analog nílò agbára transistor gíga fún àwọn àmì tó lágbára àti ìwífún tó yára. Nínú ẹ̀rọ itanna agbára, ìdènà ooru tó dára jù ni a ń dínkù sí i.

Ọgbọn ti o yatọ: tan ooru sinu ërún naa

Dípò kí ooru máa wà ní ìṣọ̀kan, èrò tó dájú ni látiti yọ omi kuronínú ìkòkò náà fúnra rẹ̀—bíi dída ife omi gbígbóná sínú adágún omi. Tí ooru bá tàn káàkiri ibi tí a ti ń ṣe é, àwọn ẹ̀rọ tó gbóná jùlọ máa ń tutù, àwọn ohun èlò ìtutù ìbílẹ̀ (àwọn sínk ooru, afẹ́fẹ́, àwọn ìlù omi) sì máa ń ṣiṣẹ́ dáadáa. Èyí nílòohun èlò ìdènà iná mànàmáná tó ga,A ti so awọn nanomita nikan lati inu awọn transistor ti nṣiṣe lọwọ laisi idamu awọn ohun-ini ẹlẹgẹ wọn. Ẹni ti a ko reti yoo ba ofin yii mu:dáyámọ́ńdì.

Kí ló dé tí wọ́n fi ń dáyámọ́ńdì?

Dáyámọ́ǹdì jẹ́ ọ̀kan lára ​​àwọn atọ́nà ooru tó dára jùlọ tí a mọ̀—wọ́n ga ju bàbà lọ ní ìgbà púpọ̀—nígbà tí wọ́n tún jẹ́ adábòbò iná mànàmáná. Ohun tó fà á ni ìṣọ̀kan: àwọn ọ̀nà ìdàgbàsókè ìbílẹ̀ nílò iwọn otutu ní àyíká 900–1000 °C tàbí jù bẹ́ẹ̀ lọ, èyí tí yóò ba àyíká ìlọsíwájú tó ti lọ síwájú jẹ́. Àwọn ìlọsíwájú tuntun fihàn pé ó tinrin.dáyámọ́ńdì polycrystallineÀwọn fíìmù (díẹ̀ ni ó nípọn) ni a lè gbìn níawọn iwọn otutu ti o kere pupọo dara fun awọn ẹrọ ti pari.

Àwọn ohun èlò ìtutù òde òní àti àwọn ààlà wọn

Ìtutù inú omi jẹ́ pàtàkì lórí àwọn ibi ìtútù ooru tó dára jù, àwọn afẹ́fẹ́, àti àwọn ohun èlò ìfọwọ́sowọ́pọ̀. Àwọn olùwádìí tún ń ṣe àwárí ìtutù omi oníwọ̀n-omi kékeré, àwọn ohun èlò ìyípadà ìpele, àti àwọn ohun èlò ìtẹ̀síwájú tí ń tẹ àwọn olupin sínú àwọn omi tí ó ń darí ooru, tí ó ń da iná mànàmáná. Àwọn ìgbésẹ̀ pàtàkì ni wọ́n, ṣùgbọ́n wọ́n lè wúwo, wọ́n lè gbowó, tàbí kí wọ́n má bá àwọn tí ń yọ jáde mu dáadáa.Ti a fi 3D ṣe àkójọpọ̀àwọn ètò ìṣẹ̀dá ërún, níbi tí ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìpele sílíkọ́nì ti ń hùwà bí “ọ̀run àpáta.” Nínú irú àwọn àkójọpọ̀ bẹ́ẹ̀, gbogbo ìpele gbọ́dọ̀ tú ooru jáde; bí bẹ́ẹ̀ kọ́, àwọn ibi tí ó ní ooru máa ń wà nínú rẹ̀.

Bii a ṣe le dagba okuta iyebiye ti o wulo fun ẹrọ

Dáyámọ́ńdì kan ṣoṣo ní agbára ìgbóná tó yàtọ̀ (≈2200–2400 W m⁻¹ K⁻¹, tó jẹ́ ìlọ́po mẹ́fà ti bàbà). Àwọn fíìmù polycrystalline tó rọrùn láti ṣe lè sún mọ́ àwọn ìwọ̀n wọ̀nyí nígbà tí wọ́n bá nípọn tó—wọ́n sì tún ga ju bàbà lọ kódà nígbà tí wọ́n bá ti fẹ́ẹ́rẹ́. Ìfipamọ́ èéfín kẹ́míkà ìbílẹ̀ máa ń ṣe àgbékalẹ̀ methane àti hydrogen ní iwọ̀n otútù gíga, ó máa ń ṣe àwọn kọ́lọ́mùn dáyámọ́ńdì tí ó dúró ní inaro tí wọ́n sì máa ń para pọ̀ di fíìmù kan nígbà tó bá yá; nígbà náà, ìpele náà yóò nípọn, yóò ní ìdààmú, yóò sì lè fọ́.
Ìdàgbàsókè iwọ̀n otútù kékeré nílò ìlànà mìíràn. Kìkì dídín ooru kù máa ń mú kí ìdọ̀tí onítẹ̀síwájú jáde dípò dídáàbò bo dáyámọ́ǹdì.atẹgunń tẹ erogba ti kii ṣe daamọ́ nígbà gbogbo, ó sì ń jẹ́ kí ó ṣeé ṣedáyámọ́ńdì polycrystalline oní-ńlá ní ~400 °C, iwọn otutu ti o baamu pẹlu awọn iyika ti a ti sopọ mọ ilọsiwaju. Bakannaa o ṣe pataki, ilana naa le bo kii ṣe awọn oju ilẹ petele nikan ṣugbọn tunawọn odi ẹgbẹ, èyí tí ó ṣe pàtàkì fún àwọn ẹ̀rọ 3D tí a lè lò ní ti gidi.

Agbara ààlà ooru (TBR): ìbọn phonon

Ooru ninu awọn ohun alumọni ni a gbe nipasẹàwọn fónónì(ìwọ̀n ìgbìn láti inú àwọn ohun èlò). Ní ​​àwọn ìsopọ̀ ohun èlò, àwọn phonon lè ṣàfihàn àti kó jọ, kí wọ́n sì ṣẹ̀dáresistance ala ooru (TBR)èyí tí ó ń dí ìṣàn ooru lọ́wọ́. Ìmọ̀ ẹ̀rọ ìbánisọ̀rọ̀ ń wá láti dín TBR kù, ṣùgbọ́n àwọn àṣàyàn ní ààlà nítorí ìbáramu semiconductor. Ní àwọn ìsopọ̀ kan, ìsopọ̀pọ̀ lè ṣẹ̀dá díẹ̀díẹ̀silikoni carbide (SiC)fẹlẹfẹlẹ ti o baamu awọn ifihan phonon ni ẹgbẹ mejeeji dara julọ, ti o n ṣiṣẹ bi “afárá” ati idinku TBR—nitorinaa o mu gbigbe ooru lati awọn ẹrọ si daimọn dara si.

Ibùdó ìdánwò: GaN HEMTs (àwọn transistors ìgbìmọ̀ redio)

Àwọn transistors oní-ẹ̀rọ gíga (HEMTs) tí a gbé ka orí ìṣàkóṣo gallium nitride nínú gaasi elekitironi 2D, wọ́n sì jẹ́ ohun ìníyelórí fún iṣẹ́ agbára gíga, agbára gíga (pẹ̀lú X-band ≈8–12 GHz àti W-band ≈75–110 GHz). Nítorí pé ooru ń jáde nítòsí ojú ilẹ̀, wọ́n jẹ́ ohun ìwádìí tó dára jùlọ fún èyíkéyìí ìpele ooru tí ń tàn kálẹ̀ ní ibi kan. Nígbà tí dáyámọ́ńdì tín-ín-rín bá bo ẹ̀rọ náà—pẹ̀lú àwọn ògiri ẹ̀gbẹ́—a ti rí i pé ìwọ̀n otútù ikanni ń lọ sílẹ̀ nípa~70°C, pẹlu awọn ilọsiwaju pataki ninu yara ori ooru ni agbara giga.

Dáyámọ́ǹdì nínú CMOS àti àwọn àkójọ 3D

Ninu kọmputa ti o ti ni ilọsiwaju,Ìkójọpọ̀ 3Dmu ki iṣipọ ati iṣẹ ṣiṣe pọ si ṣugbọn o ṣẹda awọn igo ooru inu nibiti awọn ohun elo tutu ti ode ati ti ibile ko munadoko pupọ. Ṣíṣepọ̀ diamond pẹlu silicon le tun ṣe agbejade anfani kan lẹẹkansiSiC interlayer, èyí tí ó ní ojú ìwòran ooru tó ga jùlọ.
Ilé ìṣètò kan tí a dábàá niÀpáta gbígbóná: àwọn ìwé dáyámọ́ńdì tín-ín-rín tí a fi sínú àwọn transistor láàrín dielectric, tí a so pọ̀ mọ́Àwọn ọ̀nà ooru inaro ("àwọn òpó ooru")tí a fi bàbà tàbí dáyámọ́ńdì míràn ṣe. Àwọn òpó wọ̀nyí máa ń gba ooru láti ìpele kan sí òmíràn títí tí yóò fi dé ibi tí ó tutù sí. Àwọn ìṣe àfarawé pẹ̀lú iṣẹ́ gidi fihàn pé irú àwọn ilé bẹ́ẹ̀ lè dín ìwọ̀n otútù tó ga jù kù nípatítí dé ìtòlẹ́sẹẹsẹ ìwọ̀nnínú àwọn àkójọ ẹ̀rí-ìmọ̀.

Ohun tó ṣì ṣòro sí i

Àwọn ìpèníjà pàtàkì ni ṣíṣe ojú ilẹ̀ òkè ti dáyámọ́ńdìpẹlẹbẹ atomikifún ìsopọ̀mọ́ra láìsí ìṣòro pẹ̀lú àwọn ìsopọ̀mọ́ra àti àwọn dielectrics tó pọ̀ jù, àti àwọn ìlànà ìtúnṣe, nítorí náà àwọn fíìmù tín-ín-rín máa ń pa agbára ìgbóná tó dára mọ́ láìsí ìdààmú sí àyíká ìsàlẹ̀.

Àfojúsùn

Tí àwọn ọ̀nà wọ̀nyí bá ń bá a lọ láti dàgbàsókè,ìtànkálẹ̀ ooru dáyámọ́ńdì nínú ërúnle dín awọn opin ooru ni CMOS, RF, ati awọn ẹrọ itanna agbara kuro gidigidi—eyi ti o fun laaye iṣẹ ṣiṣe ti o ga julọ, igbẹkẹle ti o ga julọ, ati iṣọpọ 3D ti o nipọn diẹ sii laisi awọn ijiya ooru deede.