Изотопно чистите силициеви нанопроводници биха могли да направят компютърните чипове много по-хладни

Сподели

Там, където има електричество, обикновено има топлина – и това е основна пречка за свиването на електронните устройства. Сега учените са открили, че нанопроводниците, направени от определен изотоп на силиций, могат да провеждат топлина със 150 процента по-добре от обикновения силиций, което потенциално води до драстично по-студени компютърни чипове.

В натоварена електронна система електрическите токове генерират много топлина, която може да повреди компонентите, ако се остави да се натрупват. Като такава, технологията за охлаждане също напредва с бързи темпове, но тъй като електрониката става все по-малка, става по-трудно да се разсейва ефективно топлината.

В новото проучване изследователите откриха ново явление, което един ден може да се използва за направата на компютърни чипове с много по-добри охлаждащи свойства. Ключът е конкретен изотоп на силиция, известен като силиций-28 (Si-28). Изотопите са атоми на определен елемент, които съдържат различен брой неутрони.

По-голямата част – около 92 процента – от силиция вече съществува като Si-28, докато пет процента е силиций-29, а останалите три процента са силиций-30. В компютърен чип тези изотопи имат същите общи електронни функции, но предишни проучвания са установили, че „примесите“ на Si-29 и Si-30 могат да прекъснат топлинния поток.

В миналото учените са открили, че производството на компоненти от чист силиций-28 в насипно състояние може да подобри топлопроводимостта с около 10 процента – не е лошо, но всъщност не си струва допълнителните разходи. За новото проучване изследователите проучиха колко добре нанопроводниците, направени от чист Si-28, ще провеждат топлина.

Екипът постави нанопровод Si-28 с ширина само 90 нанометра между две микронагревателни подложки и приложи електрически ток към едната, така че генерираната топлина да преминава през нанопровода в другата. Учените очакваха подобрението да бъде в сферата на около 20 процента – но за тяхна голяма изненада се представи 150 процента по-добре от нанопроводниците от естествен силиций.

Микроскопско изображение на силициево-28 наножица, с покритие от силициев диоксид, образувано от външната страна

Матю Р. Джоунс и университета Мухуа Сън/Райс

По-внимателното изследване разкри, че от външната страна на нанопровода се е образувал слой от силициев диоксид, който ефективно изглажда обикновено грапава повърхност, която разпръсква топлина. От вътрешната страна липсата на дефекти на други изотопи поддържаше топлината да преминава през сърцевината на нанопровода.

Изследователите казват, че тяхната работа може да проправи пътя за нови компютърни чипове, които могат по-ефективно да отвеждат топлината, дори и в малки мащаби. Има един основен проблем обаче – остава скъп и труден за изолиране на силиций-28 от други изотопи. Но може да се постигне бъдещ напредък и в тази област, особено с някои нови причини за това.

Изследването е публикувано в списанието Писма за физически преглед.

Източник: лаборатория Бъркли



Публикациите се превеждат автоматично с google translate


Сподели