פארוואס מאדערנע טשיפס ווערן הייס

ווען נאַנאָסקאַלע טראַנזיסטאָרן טוישן זיך מיט גיגאַהערץ ראַטעס, עלעקטראָנען לויפן דורך קרייזן און פאַרלירן ענערגיע ווי היץ - די זעלבע היץ וואָס איר פילט ווען אַ לאַפּטאָפּ אָדער טעלעפאָן ווערט ומבאַקוועם וואַרעם. פּאַקן מער טראַנזיסטאָרן אויף אַ טשיפּ לאָזט ווייניקער פּלאַץ צו באַזייַטיקן די היץ. אַנשטאָט צו פאַרשפּרייטן גלייַך דורך סיליקאָן, היץ אַקיומיאַלייץ אין הייסע ספּאַץ וואָס קענען זיין צענדליגער גראַד הייסער ווי די אַרומיקע געביטן. צו ויסמיידן שעדיקן און פאָרשטעלונג אָנווער, סיסטעמען דריקן CPUs און GPUs ווען טעמפּעראַטורן שפּרינגען.

דער פאַרנעם פון דער טערמישער אַרויסרופן

וואָס האָט זיך אָנגעהויבן ווי אַ ראַסע צו מיניאַטוריזירן איז געוואָרן אַ קאַמף מיט היץ איבער אַלע עלעקטראָניקס. אין קאָמפּיוטינג, שטופּט פאָרשטעלונג שטענדיק די מאַכט געדיכטקייט העכער (אינדיווידועלע סערווערס קענען ציען אַרום צענדליגער קילאָוואַטס). אין קאָמוניקאַציע, פאָדערן ביידע דיגיטאַלע און אַנאַלאָג קרייזן העכערע טראַנזיסטאָר מאַכט פֿאַר שטאַרקערע סיגנאַלן און שנעלערע דאַטן. אין מאַכט עלעקטראָניק, ווערט בעסערע עפעקטיווקייט מער און מער באַגרענעצט דורך טערמישע באַגרענעצונגען.

אן אנדערע סטראַטעגיע: פאַרשפּרייטן היץ אינעווייניק אין טשיפּ

אנשטאט לאָזן היץ קאָנצענטרירן, איז אַ פּראָמיסינג געדאַנק צופֿאַרדיןעןעס אינעם טשיפּ אַליין—ווי גיסן אַ גלעזל קאָכנדיק וואַסער אין אַ שווימבאָד. אויב היץ ווערט פֿאַרשפּרייט פּונקט דאָרט וואו עס ווערט גענערירט, בלייבן די הייססטע דעוויסעס קילער און קאַנווענשאַנעלע קילערס (היץ זינקען, ווענטילאַטאָרן, פליסיקע שלייפן) אַרבעטן מער עפֿעקטיוו. דאָס פֿאָדערט אַהויך-טערמיש-קאַנדאַקטיוויטי, עלעקטריש ינסאַלייטינג מאַטעריאַלאינטעגרירט נאָר נאַנאָמעטער פֿון אַקטיווע טראַנזיסטאָרן אָן צו שטערן זייערע שוואַכע אייגנשאַפֿטן. אַן אומגעריכטער קאַנדידאַט פּאַסט צו דעם פּלאַן:דיאַמאָנט.

פארוואס דיאמאנט?

דימענט איז צווישן די בעסטע טערמישע קאנדוקטארן באקאנט—עטלעכע מאל העכער ווי קופער—און אויך אן עלעקטרישער איזאלאטאר. דער פראבלעם איז אינטעגראציע: קאנווענציאנעלע וואוקס מעטאדן פארלאנגען טעמפעראטורן ארום אדער העכער 900–1000 °C, וואס וואלט געשעדיגט פארגעשריטענע קרייזן. לעצטע פארשריטן ווייזן אז דיןפּאָליקריסטאַלין דיאַמאָנטפילמען (נאָר אַ פּאָר מיקראָמעטער דיק) קענען וואַקסן בייפיל נידעריקערע טעמפּעראַטורןפּאַסיק פֿאַר פֿאַרטיקע דעוויסעס.

היינטיקע קולערס און זייערע לימיטן

הויפּטשטראָם קילונג פאָקוסירט אויף בעסערע היץ זינקען, פאַנס, און צובינד מאַטעריאַלן. פאָרשער אויך ויספאָרשן מיקראָפלוידיק פליסיק קילונג, פאַזע-טויש מאַטעריאַלן, און אפילו אייַנטונקען סערווערס אין טערמיש קאַנדאַקטיוו, עלעקטריש ינסאַלייטינג פליסיקייטן. דאָס זענען וויכטיקע טריט, אָבער זיי קענען זיין גרויס, טייַער, אָדער שלעכט צוגעפּאַסט צו ימערדזשינג.3D-געשטאַקטטשיפּ אַרכיטעקטורן, וואו קייפל סיליקאָן שיכטן פירן זיך אויף ווי אַ "וואָלקן-קראַצער." אין אַזעלכע סטאַקס, מוז יעדע שיכט אָפּגעבן היץ; אַנדערש זענען הייסע פלעקן פֿאַרשפּאַרט אינעווייניק.

ווי צו וואַקסן מיטל-פרייַנדלעך דיאַמאָנט

איין-קריסטאל דיאמאנט האט אויסערגעווענליכע טערמישע קאנדוקטיוויטעט (≈2200–2400 W m⁻¹ K⁻¹, בערך זעקס מאל אזויפיל ווי קופער). גרינגער-צו-מאכן פאליקריסטאלינע פילמען קענען זיך דערנענטערן צו די ווערטן ווען זיי זענען גענוג דיק—און זענען נאך אלץ העכער ווי קופער אפילו ווען זיי זענען דינער. טראדיציאנעלע כעמישע פארע-דעפאזיציע רעאגירט מעטאן און וואסערשטאף ביי הויכער טעמפעראטור, פארמענדיג ווערטיקאלע דיאמאנט נאנא-זאלום'ס וואס שפעטער פארמישן זיך אין א פילם; דעמאלט איז די שיכט דיק, געשטראנד, און נוטה צו ריסן.
נידעריקער-טעמפּעראַטור וואוקס פארלאנגט אן אנדער רעצעפּט. פשוט אַראָפּדרייען די היץ ברענגט קאַנדאַקטיוו רויך אַנשטאָט איזאָלירן דימענט.זויערשטאָףעצט קאנטינעווערלעך נישט-דיאמאנט קוילן, ערמעגליכנדיגגרויס-קערנדיק פּאָליקריסטאַלין דיאַמאָנט ביי ~400 °C, א טעמפּעראַטור קאָמפּאַטיבל מיט אַוואַנסירטע אינטעגרירטע קרייזן. פּונקט אַזוי וויכטיק, דער פּראָצעס קען באַדעקן ניט בלויז האָריזאָנטאַלע ייבערפלאַכן, נאָר אויךזייט-ווענט, וואָס איז וויכטיק פֿאַר אינהערענט 3D דעוויסעס.

טערמישע גרענעץ קעגנשטעל (TBR): די פאָנאָן פלאַשנעק

היץ אין סאָלידס ווערט געטראָגן דורךפאָנאָנען(קוואַנטיזירטע גיטער ווייבריישאַנז). ביי מאַטעריאַלע אינטערפאַסעס קענען פאָנאָנען זיך אָפּשפּיגלען און אָנצאַמלען, שאַפֿנדיקטערמישע גרענעץ קעגנשטעל (TBR)וואָס שטערט היץ פלוס. אינטערפייס אינזשעניריע זוכט צו נידעריקערן TBR, אָבער ברירות זענען לימיטעד דורך האַלב-קאָמפּאַטאַביליטי קאָמפּאַטאַבילאַטי. ביי זיכער אינטערפייסן, קען ינטערמישן שאַפֿן אַ דיןסיליקאָן קאַרבייד (SiC)שיכט וואָס בעסער פּאַסט צו פאָנאָן ספּעקטראַ אויף ביידע זייטן, אַקטינג ווי אַ "בריק" און רידוסינג TBR—אַזוי פֿאַרבעסערנדיק היץ אַריבערפירן פון דעוויסעס אין דיאַמאָנט.

א טעסט-בעט: GaN HEMTs (ראַדיאָ-פרעקווענץ טראַנזיסטאָרן)

הויך-עלעקטראן-מאָביליטעט טראַנזיסטאָרן (HEMTs) באַזירט אויף גאַליום ניטריד קאָנטראָל קראַנט אין אַ 2D עלעקטראָן גאַז און זענען געשעצט פֿאַר הויך-פרעקווענץ, הויך-מאַכט אָפּעראַציע (אַרייַנגערעכנט X-באַנד ≈8–12 GHz און W-באַנד ≈75–110 GHz). ווייַל היץ ווערט דזשענערירט זייער נאָענט צו דער ייבערפלאַך, זענען זיי אַן אויסגעצייכנטע פּראָבע פון ​​​​יעדער אין-סיטו היץ-פאַרשפּרייטונג שיכט. ווען דין דימענט קאַפּסולירט די מיטל - אַרייַנגערעכנט זייַט ווענט - קאַנאַל טעמפּעראַטורן זענען באמערקט צו פאַלן מיט~70 °C, מיט באַדייטנדיקע פֿאַרבעסערונגען אין טערמישער קאָפּרום ביי הויך מאַכט.

דיאַמאָנט אין CMOS און 3D סטאַקס

אין פארגעשריטענע קאמפיוטינג,3D סטאַקינגפארגרעסערט אינטעגראציע געדיכטקייט און פאָרשטעלונג אָבער שאַפט אינערלעכע טערמישע פלאַשנעס וואו טראַדיציאָנעלע, עקסטערנע קולערס זענען מינדסטער עפעקטיוו. אינטעגרירן דיאַמאָנט מיט סיליקאָן קען ווידער פּראָדוצירן אַ נוציקעSiC צווישן-שיכט, וואָס גיט אַ הויך-קוואַליטעט טערמישע צובינד.
איין פארגעשלאגענע ארכיטעקטור איז אטערמישע סקאַפפאָלדנאַנאָמעטער-דין דימענט שיץ איינגעבעטן איבער טראַנזיסטאָרן אין דעם דיעלעקטריק, פארבונדן דורךווערטיקאַלע טערמישע וויאַס ("היץ פּילערז")געמאַכט פון קופּער אָדער נאָך דימענט. די זיילן לאָזן איבער היץ פון שיכט צו שיכט ביז עס דערגרייכט אַן עקסטערנעם קילער. סימיאַליישאַנז מיט רעאַליסטישע אַרבעטסלאָודז ווייַזן אַז אַזעלכע סטרוקטורן קענען רעדוצירן שפּיץ טעמפּעראַטורן דורךביז אן ארדענונג פון גרייסאין באַווייַז-פון-קאָנסעפּט סטאַקס.

וואָס בלייבט שווער

שליסל שוועריקייטן אַרייַננעמען מאכן די אויבערפלאַך פון דימענטאַטאָמיש פלאַךפֿאַר נאָטלאָזער אינטעגראַציע מיט איבערלייגנדיקע ינטערקאַנעקץ און דיעלעקטריקס, און ראַפינירן פּראָצעסן אַזוי אַז דין פילמען האַלטן ויסגעצייכנט טערמישע קאַנדאַקטיוויטי אָן סטרעסינג די אַנדערלייינג סערקאַט.

אויסזיכט

אויב די דאזיגע מעטאָדן וועלן ווייטער אויסאַרבעטן,אין-טשיפּ דיאַמאָנט היץ פאַרשפּרייטונגקען באַדייטנד אָפּרוען טערמישע לימאַץ אין CMOS, RF, און מאַכט עלעקטראָניק—ערמעגלעכנדיג העכערע פאָרשטעלונג, גרעסערע פאַרלעסלעכקייט, און געדיכטערע 3D אינטעגראַציע אָן די געוויינטלעכע טערמישע שטראָף.