ዘመናዊ ቺፕስ ለምን ይሞቃል

የናኖስኬል ትራንዚስተሮች በጊጋኸርትዝ ፍጥነት ሲለዋወጡ፣ ኤሌክትሮኖች በወረዳዎች ውስጥ በፍጥነት ይሮጣሉ እና እንደ ሙቀት ኃይል ያጣሉ - ላፕቶፕ ወይም ስልክ ምቾት በማይሰጥ ሁኔታ ሲሞቅ የሚሰማዎት ተመሳሳይ ሙቀት። ተጨማሪ ትራንዚስተሮችን በቺፕ ላይ ማሸግ ያንን ሙቀት ለማስወገድ ያነሰ ቦታ ይተዋል። በሲሊኮን በኩል በእኩል ከመሰራጨት ይልቅ፣ ሙቀት ከአካባቢው ክልሎች በአስር ዲግሪዎች ሊሞቁ ወደሚችሉ ሆትስፖቶች ይከማቻል። ጉዳትን እና የአፈጻጸም መጥፋትን ለማስወገድ፣ ስርዓቶች የሙቀት መጠኑ ሲጨምር ሲፒዩዎችን እና ጂፒዩዎችን ያቆማሉ።

የሙቀት ፈተናው ወሰን

እንደ አነስተኛነት ውድድር የተጀመረው በሁሉም ኤሌክትሮኒክስ ውስጥ ካለው ሙቀት ጋር የሚደረግ ውጊያ ሆኗል። በኮምፒውተር ሂደት ውስጥ፣ አፈጻጸም የኃይል ጥግግትን ከፍ አድርጎ መግፋትን ይቀጥላል (ግለሰብ አገልጋዮች በአስር ኪሎዋት ቅደም ተከተል መሳብ ይችላሉ)። በመገናኛዎች ውስጥ፣ ዲጂታል እና አናሎግ ወረዳዎች ለጠንካራ ምልክቶች እና ፈጣን መረጃ ከፍተኛ የትራንዚስተር ኃይል ይፈልጋሉ። በኃይል ኤሌክትሮኒክስ ውስጥ፣ የተሻለ ቅልጥፍና በሙቀት ገደቦች እየተገደበ ነው።

የተለየ ስልት፡- ሙቀትን በቺፑ ውስጥ ያሰራጩ

ሙቀቱ ትኩረቱን እንዲያደርግ ከመፍቀድ ይልቅ ተስፋ ሰጪ ሀሳብቀልጦበቺፑ ራሱ ውስጥ - ልክ እንደ አንድ ኩባያ የፈላ ውሃ ወደ መዋኛ ገንዳ ውስጥ እንደማፍሰስ። ሙቀቱ በሚፈጠርበት ቦታ በትክክል ከተሰራጨ፣ በጣም ሞቃታማዎቹ መሳሪያዎች ቀዝቃዛ ሆነው ይቆያሉ እና የተለመዱ ማቀዝቀዣዎች (የሙቀት ማጠቢያዎች፣ ማራገቢያዎች፣ ፈሳሽ ሉፖች) የበለጠ ውጤታማ በሆነ መንገድ ይሰራሉ። ይህ የሚያስፈልገውከፍተኛ የሙቀት-አማቂነት፣ በኤሌክትሪክ የሚከላከል ቁሳቁስስስ ባህሪያቸውን ሳያስተጓጉል ከንቁ ትራንዚስተሮች ናኖሜትሮችን ብቻ አዋህዷል። ያልተጠበቀ እጩ ለዚህ ሂሳብ ይስማማል፡አልማዝ.

ለምን አልማዝ?

ዳይመንድ ከመዳብ ብዙ ጊዜ የሚበልጥ ሲሆን የኤሌክትሪክ መከላከያ መሳሪያም ጭምር ከሚታወቁት ምርጥ የሙቀት ማስተላለፊያዎች መካከል አንዱ ነው። ዋናው ነገር ውህደት ነው፡- ባህላዊ የእድገት ዘዴዎች ከ900-1000°ሴ አካባቢ ወይም ከዚያ በላይ የሙቀት መጠን ያስፈልጋቸዋል፣ ይህም የላቀ ዑደትን ይጎዳል። የቅርብ ጊዜ ግኝቶች እንደሚያሳዩት ቀጭንፖሊክሪስታሊን አልማዝፊልሞች (ጥቂት ማይክሮሜትሮች ውፍረት ብቻ) ሊበቅሉ ይችላሉበጣም ዝቅተኛ የሙቀት መጠንለተጠናቀቁ መሳሪያዎች ተስማሚ።

የዛሬዎቹ ማቀዝቀዣዎች እና ገደቦቻቸው

ዋና ዋና ማቀዝቀዣዎች በተሻለ የሙቀት ማጠቢያዎች፣ ማራገቢያዎች እና በይነገጽ ቁሳቁሶች ላይ ያተኩራሉ። ተመራማሪዎች በተጨማሪም ማይክሮፍሉይድ ፈሳሽ ማቀዝቀዣ፣ የደረጃ ለውጥ ቁሳቁሶችን እና በሙቀት ማስተላለፊያ፣ በኤሌክትሪክ መከላከያ ፈሳሾች ውስጥ ሰርቨሮችን እንኳን ማጥለቅን ይዳስሳሉ። እነዚህ አስፈላጊ እርምጃዎች ናቸው፣ ነገር ግን ግዙፍ፣ ውድ ወይም ከሚፈጠሩት ጋር በደንብ የማይዛመዱ ሊሆኑ ይችላሉ።3D-የተቆለለየቺፕ አርክቴክቸር፣ በርካታ የሲሊኮን ንብርብሮች እንደ “ሰማይ ጠቀስ” ሆነው የሚታዩባቸው። በእንደዚህ ዓይነት ክምር ውስጥ፣ እያንዳንዱ ንብርብር ሙቀትን ማፍሰስ አለበት፤ አለበለዚያ ሆትስፖቶች በውስጣቸው ተይዘዋል።

ለመሳሪያ ተስማሚ የሆነ አልማዝ እንዴት እንደሚያድግ

ነጠላ-ክሪስታል አልማዝ እጅግ በጣም ያልተለመደ የሙቀት ማስተላለፊያ (≈2200–2400 W m⁻¹ K⁻¹፣ ከመዳብ ስድስት እጥፍ ያህል) አለው። ለመስራት ቀላል የሆኑ ፖሊክሪስታሊን ፊልሞች በቂ ውፍረት ሲኖራቸው እነዚህን እሴቶች ሊቀርቡ ይችላሉ - እና አሁንም ቀጭን ቢሆኑም እንኳ ከመዳብ የላቁ ናቸው። ባህላዊ የኬሚካል ትነት ክምችት ሚቴን እና ሃይድሮጂን በከፍተኛ ሙቀት ላይ ምላሽ ይሰጣል፣ ቀጥ ያሉ የአልማዝ ናኖኮለም ይፈጥራል፣ በኋላ ላይ ወደ ፊልም ይዋሃዳሉ፤ በዚያን ጊዜ ሽፋኑ ወፍራም፣ ውጥረት የተሞላበት እና ለመስበር የተጋለጠ ነው።
ዝቅተኛ የሙቀት መጠን እድገት የተለየ የምግብ አሰራር ይጠይቃል። ሙቀቱን መቀነስ ብቻ አልማዝ ከማያስገባ ይልቅ አስተላላፊ ጥቀርሻ ያስገኛል።ኦክስጅንአልማዝ ያልሆነ ካርቦንን ያለማቋረጥ ይቀርፃል፣ ይህም ያስችላልትልቅ እህል ፖሊክሪስታሊን አልማዝ በ~400°ሴከላቁ የተቀናጁ ሰርክዩቶች ጋር የሚስማማ የሙቀት መጠን። ልክ እንደ አስፈላጊነቱ፣ ሂደቱ አግድም ገጽታዎችን ብቻ ሳይሆንየጎን ግድግዳዎች, ይህም በተፈጥሮው ለ3-ልኬት መሳሪያዎች አስፈላጊ ነው።

የሙቀት ወሰን መቋቋም (TBR): የፎኖን ቦልት

በጠጣር ንጥረ ነገሮች ውስጥ ያለው ሙቀት የሚተላለፈው በፎኖኖች(የተለካ የላቲስ ንዝረቶች)። በቁሳዊ በይነገጽ፣ ፎኖኖች ሊያንፀባርቁ እና ሊከመሩ ይችላሉ፣ ይህም ይፈጥራሉየሙቀት ወሰን መቋቋም (TBR)የሙቀት ፍሰትን የሚያደናቅፍ ነው። የበይነገጽ ምህንድስና TBRን ለመቀነስ ይፈልጋል፣ ነገር ግን ምርጫዎች በሴሚኮንዳክተር ተኳሃኝነት የተገደቡ ናቸው። በተወሰኑ በይነገጾች፣ መቀላቀል ቀጭን ሊፈጥር ይችላል።ሲሊከን ካርቦይድ (ሲሲ)በሁለቱም በኩል ካለው የፎኖን ስፔክትራ ጋር በተሻለ ሁኔታ የሚስማማ ንብርብር፣ እንደ “ድልድይ” ሆኖ የሚያገለግል እና TBRን የሚቀንስ - በዚህም ከመሳሪያዎች ወደ አልማዝ የሙቀት ሽግግርን ያሻሽላል።

የሙከራ አልጋ፡ GaN HEMTs (የሬዲዮ ፍሪኩዌንሲ ትራንዚስተሮች)

በ2D ኤሌክትሮን ጋዝ ውስጥ ባለው የጋሊየም ናይትሬድ መቆጣጠሪያ ጅረት ላይ የተመሰረቱ ከፍተኛ-ኤሌክትሮን-ተንቀሳቃሽነት ትራንዚስተሮች (HEMTs) እና ለከፍተኛ-ድግግሞሽ፣ ከፍተኛ-ኃይል አሠራር (የኤክስ-ባንድ ≈8–12 GHz እና W-ባንድ ≈75–110 GHzን ጨምሮ) ዋጋ አላቸው። ሙቀት በጣም ቅርብ በሆነ ቦታ ስለሚፈጠር፣ ለማንኛውም በቦታው ውስጥ ለሚሰራጭ የሙቀት-ማሰራጫ ንብርብር በጣም ጥሩ ምርመራ ናቸው። ቀጭን አልማዝ መሳሪያውን - የጎን ግድግዳዎችን ጨምሮ - ሲሸፍን የቻናል የሙቀት መጠኑ በ... እየቀነሰ ሲሄድ ታይቷል።~70°ሴበከፍተኛ ኃይል የሙቀት ጭንቅላት ክፍል ውስጥ ጉልህ ማሻሻያዎችን ጨምሮ።

ዳይመንድ በCMOS እና 3D ቁልሎች

በተራቀቀ የኮምፒውተር ቴክኖሎጂ፣3D መደራረብየውህደት ጥግግትን እና አፈጻጸምን ይጨምራል ነገር ግን ባህላዊ፣ ውጫዊ ማቀዝቀዣዎች ብዙም ውጤታማ በማይሆኑበት ውስጣዊ የሙቀት ማነቆዎችን ይፈጥራል። አልማዝ ከሲሊኮን ጋር ማዋሃድ እንደገና ጠቃሚ ውጤት ሊያመጣ ይችላል።የሲሲ ኢንተርሌየርከፍተኛ ጥራት ያለው የሙቀት በይነገጽ ይሰጣል።
አንድ የታቀደው ሥነ-ሕንፃ እ.ኤ.አ.የሙቀት ስካፎልድ: በዲኤሌክትሪክ ውስጥ ከትራንዚስተሮች በላይ የተገጠሙ ናኖሜትር-ቀጭን የአልማዝ ወረቀቶች፣ በአቀባዊ የሙቀት ቪያዎች ("የሙቀት ምሰሶዎች")ከመዳብ ወይም ተጨማሪ አልማዝ የተሠሩ። እነዚህ ምሰሶዎች ሙቀትን ከንብርብር ወደ ንብርብር ያስተላልፋሉ እስከ ውጫዊ ማቀዝቀዣ ድረስ። ተጨባጭ የሥራ ጫና ያላቸው ማስመሰያዎች እንደሚያሳዩት እንደዚህ ያሉ መዋቅሮች ከፍተኛውን የሙቀት መጠን በእስከ ትልቅ ቅደም ተከተልበፅንሰ-ሀሳብ ማረጋገጫ ቁልሎች ውስጥ።

ምን ይከብዳል?

ዋና ዋና ተግዳሮቶች የአልማዝ የላይኛውን ወለል መስራትን ያካትታሉበአቶሚክ ጠፍጣፋከከፍተኛ ግንኙነቶች እና ከዳይኤሌክትሪክ ኤሌክትሪክ ዎች ጋር እንከን የለሽ ውህደት እና የማጣራት ሂደቶችን ለማግኘት ቀጭን ፊልሞች ከስር ያለውን ዑደት ሳያስጨንቁ እጅግ በጣም ጥሩ የሙቀት ማስተላለፊያን እንዲጠብቁ።

አውትሉክ

እነዚህ አቀራረቦች እየጎለበቱ ከቀጠሉ፣በቺፕ ውስጥ የአልማዝ ሙቀት ስርጭትበሲኤምኦኤስ፣ አርኤፍ እና በሃይል ኤሌክትሮኒክስ ውስጥ ያለውን የሙቀት ገደቦች በእጅጉ ሊያቃልል ይችላል - ይህም ከፍተኛ አፈፃፀም፣ የበለጠ አስተማማኝነት እና ከተለመደው የሙቀት ቅጣቶች ውጭ የበለጠ ጥቅጥቅ ያለ 3D ውህደት ያስችላል።