Cén fáth a mbíonn sceallóga nua-aimseartha te

De réir mar a athraíonn trasraitheoirí nanoscála ag rátaí gigahertz, ritheann leictreoin trí chiorcaid agus cailleann siad fuinneamh mar theas - an teas céanna a bhraitheann tú nuair a bhíonn ríomhaire glúine nó fón ró-the. Má phacáiltear níos mó trasraitheoirí ar shliseog, fágann sé níos lú spáis chun an teas sin a bhaint. In ionad scaipeadh go cothrom trí shiliceán, carnann teas i bpointí te a d'fhéadfadh a bheith na deicheanna céim níos teo ná na réigiúin máguaird. Chun damáiste agus caillteanas feidhmíochta a sheachaint, laghdaíonn córais LAPanna agus GPUanna nuair a bhíonn teochtaí ag ardú.

Raon feidhme an dúshláin theirmigh

Rud a thosaigh mar rás chun miondealú a dhéanamh, tá sé anois ina chath teasa ar fud na leictreonaice go léir. I ríomhaireacht, leanann feidhmíocht ag brú dlús cumhachta níos airde (is féidir le freastalaithe aonair tarraingt ar ord na ndeicheanna cileavata). I gcumarsáid, éilíonn ciorcaid dhigiteacha agus analógacha cumhacht trasraitheora níos airde le haghaidh comharthaí níos láidre agus sonraí níos tapúla. I leictreonaic chumhachta, tá éifeachtúlacht níos fearr á theorannú ag srianta teirmeacha níos mó agus níos mó.

Straitéis dhifriúil: teas a scaipeadh taobh istigh den tslis

In áit ligean don teas díriú, is smaoineamh gealladh fúthucaolaighé laistigh den tslis féin—cosúil le cupán uisce fiuchta a dhoirteadh i linn snámha. Má scaiptear teas san áit cheart a ghintear é, fanann na gléasanna is teo níos fuaire agus oibríonn fuaraitheoirí traidisiúnta (doirteal teasa, lucht leanúna, lúba leachtacha) níos éifeachtaí. Éilíonn sé seo aábhar ard-sheoltachta teirmeach, inslithe leictreachnanaiméadar comhtháite ó thrasraitheoirí gníomhacha gan cur isteach ar a n-airíonna íogaire. Oireann iarrthóir gan choinne don bhille seo:diamant.

Cén fáth diamant?

Tá diamant i measc na seoltóirí teirmeacha is fearr ar a bhfuil aithne againn—roinnt uaireanta níos airde ná copar—agus is inslitheoir leictreach é freisin. Is é an comhtháthú an cleas: éilíonn modhanna fáis traidisiúnta teochtaí timpeall 900–1000 °C nó os a chionn, rud a dhéanfadh damáiste do chiorcadóireacht ardteicneolaíochta. Léiríonn dul chun cinn le déanaí go bhfuil tanaídiamant ilchriostalachis féidir scannáin (cúpla micriméadar ar tiús amháin) a fhás agteochtaí i bhfad níos ísleoiriúnach le haghaidh feistí críochnaithe.

Fuaraitheoirí an lae inniu agus a dteorainneacha

Díríonn fuarú príomhshrutha ar shlogáin teasa, lucht leanúna agus ábhair chomhéadain níos fearr. Déanann taighdeoirí iniúchadh freisin ar fhuarú leachtach micrishreabhach, ábhair athraithe céime, agus fiú freastalaithe a thumadh i leachtanna seoltaí teirmeacha, inslithe leictreacha. Is céimeanna tábhachtacha iad seo, ach is féidir leo a bheith toirtiúil, costasach, nó droch-oiriúnach do theicneolaíochtaí atá ag teacht chun cinn.Cruachta 3Dailtireachtaí sliseanna, áit a n-iompraíonn ilchiseal sileacain cosúil le “spéirscríobach”. I gcruacha den sórt sin, caithfidh gach ciseal teas a scaoileadh; nó bíonn spotaí te gafa istigh.

Conas diamant atá cairdiúil do ghléasanna a fhás

Tá seoltacht theirmeach neamhghnách ag diamant aonchriostail (≈2200–2400 W m⁻¹ K⁻¹, thart ar shé huaire níos mó ná copar). Is féidir le scannáin pholachriostalach atá níos éasca a dhéanamh na luachanna seo a bhaint amach nuair a bhíonn siad tiubh go leor - agus tá siad fós níos fearr ná copar fiú nuair a bhíonn siad níos tanaí. Imoibríonn taisciú gaile ceimiceach traidisiúnta meatán agus hidrigin ag teocht ard, ag cruthú nanacholúin diamant ingearacha a chumasc ina scannán níos déanaí; faoin am sin bíonn an ciseal tiubh, strusaithe, agus seans maith go scoilteann sé.
Éilíonn fás ag teocht níos ísle oideas difriúil. Má laghdaítear an teas go simplí, faightear súiche seoltaí seachas diamant inslithe.ocsaigindéanann sé eitseáil leanúnach ar charbón neamh-diamant, rud a chuireann ar chumasdiamant polachriostalach gráin mhór ag ~400 °C, teocht atá comhoiriúnach le ciorcaid chomhtháite chun cinn. Chomh tábhachtach céanna, is féidir leis an bpróiseas ní hamháin dromchlaí cothrománacha a chóta ach freisintaobhbhalla, rud a bhfuil tábhacht leis i gcás gléasanna 3T ó dhúchas.

Friotaíocht teorann teirmeach (TBR): an bacainn fónóin

Iompraítear teas i solaid agfónóin(creathadh laitíse cainníochtaithe). Ag comhéadain ábhartha, is féidir le fónóin machnamh a dhéanamh agus carnadh suas, rud a chruthaíonnfriotaíocht teorann teirmeach (TBR)a chuireann bac ar shreabhadh teasa. Féachann innealtóireacht chomhéadain le TBR a ísliú, ach tá roghanna teoranta ag comhoiriúnacht leathsheoltóra. Ag comhéadain áirithe, is féidir le hidirmheascadh tanaí a chruthúcarbaid sileacain (SiC)ciseal a mheaitseálann speictrim fónóin níos fearr ar an dá thaobh, ag feidhmiú mar “dhroichead” agus ag laghdú TBR—agus ag feabhsú aistriú teasa ó fheistí isteach sa diamant dá bharr.

Leaba tástála: HEMTanna GaN (trasraitheoirí minicíochta raidió)

Trasraitheoirí ard-soghluaisteachta leictreon (HEMTanna) bunaithe ar shruth rialaithe níotráite ghailliam i ngás leictreon 2T agus tá meas mór orthu as oibriú ard-minicíochta, ardchumhachta (lena n-áirítear banda-X ≈8–12 GHz agus banda-W ≈75–110 GHz). Ós rud é go ngintear teas an-ghar don dromchla, is tóireadóir den scoth iad d'aon chiseal scaipthe teasa in-situ. Nuair a chuimsíonn diamant tanaí an gléas - lena n-áirítear taobhballaí - breathnaíodh go dtiteann teochtaí an chainéil faoi~70°C, le feabhsuithe suntasacha ar an spás ceann teirmeach ag ardchumhacht.

Diamant i gcruacha CMOS agus 3D

I ríomhaireacht ardleibhéil,Cruachadh 3Dméadaíonn sé dlús agus feidhmíocht an chomhtháthaithe ach cruthaíonn sé bacainní teirmeacha inmheánacha ina mbíonn fuaraitheoirí traidisiúnta seachtracha níos lú éifeachtach. Is féidir le diamant a chomhtháthú le sileacan tairbhe a bhaint as arísidirchiseal SiC, rud a thugann comhéadan teirmeach ardchaighdeáin.
Ailtireacht amháin atá beartaithe is eascafall teirmeachbileoga diamant tanaí nanaiméadar atá leabaithe os cionn trasraitheoirí laistigh den tréleictreach, ceangailte levias teirmeacha ingearacha (“piléir teasa”)déanta as copar nó diamant breise. Aistríonn na piléir seo teas ó shraith go sraith go dtí go sroicheann sé fuaraitheoir seachtrach. Léiríonn insamhaltaí le hualaí oibre réadúla gur féidir le struchtúir den sórt sin teochtaí buaice a laghdú trísuas le hord méidei gcruacha cruthúnais choincheapa.

Cad atá fós deacair

I measc na bpríomhdhúshlán tá dromchla uachtarach diamant a dhéanamhcothrom go hadamachle haghaidh comhtháthú gan uaim le hidirnaisc agus déileictreacha forshrathnaithe, agus próisis scagtha ionas go gcoinníonn scannáin thanaí seoltacht theirmeach den scoth gan strus a chur ar an gciorcadóireacht bhunúsach.

Réamhaisnéis

Má leanann na cineálacha cur chuige seo ag aibiú,scaipeadh teasa diamant in-sliseannad’fhéadfadh sé teorainneacha teirmeacha a mhaolú go suntasach i CMOS, RF, agus leictreonaic chumhachta—rud a cheadódh feidhmíocht níos airde, iontaofacht níos mó, agus comhtháthú 3D níos dlúithe gan na pionóis theirmeacha is gnách.