写的AZoM2021年6月30
工程师来自加利福尼亚大学洛杉矶(加州大学洛杉矶分校),成功了纳入了一个新的半导体材料进入大功率计算机芯片，以减少处理器上的热量积聚，从而提高它们的性能。
氮化镓-砷化硼异质结构界面原子分辨率的电子显微镜图像。图片来源:加州大学洛杉矶分校H-Lab实验室。
这一最新的发展显著提高了计算机的能源效率，并防止热积聚超过目前最优的热管理设备。这项研究是由加州大学洛杉矶分校萨缪利工程学院机械与航空航天工程副教授胡永杰领导的。
这项研究最近发表在《科学》杂志上电子性质杂志。
多年来，计算机处理器的大小已减少到纳米尺度，具有集成到单个计算机芯片中的晶体管的分数。尽管大量的晶体管增加了计算机的速度和功率，但它们倾向于在高度冷凝的空间中产生更多的热点。
当在操作时没有有效的方式来消散热量时，计算机处理器可以减速并导致低效和不可靠的计算。此外，随着计算机芯片上的高度浓缩热量的增加还需要额外的能量来防止处理器过热。
为了解决这个问题，胡先生和他的研究团队在2018年发明了一种新型超高热管理材料。他们在实验室开发了无缺陷的砷化硼，并发现与碳化硅和金刚石等其他常见金属或半导体材料相比，砷化硼在吸热和散热方面相对更有效。亚博网站下载
现在，研究人员首次通过将这种新材料整合到高能设备中，成功地揭示了它的有效性。
在他们的实验中，研究小组使用了由氮化镓组成的先进的宽带隙晶体管——被称为高电子迁移率晶体管(HEMTs)的计算机芯片。
当处理器以接近最大的容量运行时，使用砷化硼作为散热器的计算机芯片产生了最高的热量增加，即从室温增加到近188°F。这比使用钻石散热的芯片要低得多，温度升高到278°F左右，或者使用碳化硅散热的芯片温度升高到332°F左右。
这些结果清楚地表明，硼 - 砷化物器件可以比使用传统热管理材料的处理器维持更高的操作能力。亚博网站下载我们的实验是在大多数当前技术失败的条件下进行的。该开发代表了新的基准性能，对大功率电子产品和未来电子包装中的应用提供了极大的潜力。
UCLA Samueli工程学院机械和航空航天工程副教授永杰胡
胡认为，硼砷化物非常适合管理热量，因为它不仅显示出优异的导热性，而且还具有低热传导性。
当热量通过一个材料交叉到另一个材料的边界时，通常会有一些放缓才能进入下一个材料。我们的硼砷材料中的关键特征是其极低的热界电阻。这有点像热量只需要踩过遏制，而不是跳过障碍。
UCLA Samueli工程学院机械和航空航天工程副教授永杰胡
此外，该团队为另一个显着的散热器候选者生产了硼磷化硼。在实验中，研究人员首先证明了一种使用硼砷化物构建半导体结构的方法，随后将材料嵌入到HEMT芯片中。该项目的成功可能导致工业采用该技术。
期刊参考：
康，J. S.，et al。(2021)将砷化硼冷却衬底集成到氮化镓器件。自然电子。doi.org/10.1038/s41928 - 021 - 00595 - 9。
来源:https://www.ucla.edu/