Ngày 08 tháng 2023 năm XNUMX (Tin tức Nanowerk) Các nhà nghiên cứu từ UCLA đã tiết lộ một bóng bán dẫn nhiệt ở trạng thái rắn hoàn toàn và ổn định đầu tiên sử dụng điện trường để điều khiển động sự tản nhiệt, nhằm cách mạng hóa các thiết bị điện tử bán dẫn trong tương lai, đóng gói IC 3D và thiết kế chiplet.
Khoa học tạp chí đã công bố nghiên cứu của nhóm (“Công tắc nhiệt phân tử có cổng điện”), trình bày chi tiết cách thức hoạt động của thiết bị và các ứng dụng tiềm năng của nó. Với tốc độ và hiệu suất tối đa, bóng bán dẫn có thể mở ra những giới hạn mới trong việc quản lý nhiệt của chip máy tính thông qua thiết kế cấp nguyên tử và kỹ thuật phân tử. Phát minh mới có thể biến đổi khuôn khổ công nghệ trong tương lai để quản lý nhiệt của thiết bị điện tử công suất và chip 3D. Trưởng nhóm nghiên cứu Yongjie Hu, giáo sư kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ tại Trường Kỹ thuật UCLA Samueli, cho biết: “Việc kiểm soát chính xác cách nhiệt truyền qua vật liệu là giấc mơ từ lâu nhưng khó nắm bắt đối với các nhà vật lý và kỹ sư”. “Nguyên tắc thiết kế mới này có một bước nhảy vọt lớn theo hướng đó, vì nó quản lý sự chuyển động của nhiệt bằng cách bật tắt điện trường, giống như cách nó đã được thực hiện với các bóng bán dẫn điện trong nhiều thập kỷ.” Điện các bóng bán dẫn là những khối xây dựng nền tảng của công nghệ thông tin hiện đại. Chúng được Bell Labs phát triển lần đầu tiên vào những năm 1940 và có ba thiết bị đầu cuối - một cổng, một nguồn và một bồn rửa. Khi một điện trường được đặt qua cổng, nó sẽ điều chỉnh cách điện (ở dạng electron) di chuyển qua chip. Các thiết bị bán dẫn này có thể khuếch đại hoặc chuyển đổi tín hiệu điện và nguồn điện. Nhưng khi chúng tiếp tục thu nhỏ kích thước theo năm tháng, hàng tỷ bóng bán dẫn có thể vừa với một con chip, dẫn đến lượng nhiệt sinh ra nhiều hơn từ chuyển động của các electron, ảnh hưởng đến hiệu suất của chip. Vấn đề tỏa nhiệt trở nên trầm trọng hơn trong các chất bán dẫn có dải rộng và mạch tích hợp 3D, trở thành thách thức thắt cổ chai đáng kể. Bộ tản nhiệt thông thường hút nhiệt ra khỏi các điểm nóng một cách thụ động; tuy nhiên, việc tìm ra phương pháp điều khiển động để điều chỉnh nhiệt một cách chủ động vẫn là một thách thức.
Minh họa bóng bán dẫn nhiệt trạng thái rắn do UCLA phát triển sử dụng điện trường để điều khiển chuyển động nhiệt. (Hình ảnh: H-Lab) Mặc dù đã có nhiều nỗ lực trong việc điều chỉnh độ dẫn nhiệt nhưng hiệu suất của chúng vẫn bị ảnh hưởng do phụ thuộc vào các bộ phận chuyển động, chuyển động của ion hoặc các thành phần dung dịch lỏng. Điều này dẫn đến tốc độ chuyển đổi chuyển động nhiệt chậm khoảng vài phút hoặc chậm hơn nhiều, tạo ra các vấn đề về độ tin cậy hiệu suất cũng như tính không tương thích với sản xuất chất bán dẫn. Bóng bán dẫn nhiệt mới, có hiệu ứng trường (điều chế độ dẫn nhiệt của vật liệu bằng cách sử dụng điện trường bên ngoài) và trạng thái rắn hoàn toàn (không có bộ phận chuyển động), mang lại hiệu suất cao và khả năng tương thích với các mạch tích hợp trong chất bán dẫn quá trình sản xuất. Thiết kế của họ kết hợp hiệu ứng trường lên động lực học điện tích ở bề mặt phân cách nguyên tử để mang lại hiệu suất chưa từng có bằng cách sử dụng công suất không đáng kể để liên tục chuyển đổi và khuếch đại dòng nhiệt. Nhóm UCLA đã trình diễn các bóng bán dẫn nhiệt có cổng điện đạt được hiệu suất cao kỷ lục với tốc độ chuyển mạch hơn 1 megahertz, hay 1 triệu chu kỳ mỗi giây. Chúng cũng mang đến khả năng điều chỉnh độ dẫn nhiệt 1,300% và hiệu suất đáng tin cậy trong hơn 1 triệu chu kỳ chuyển mạch. Hiệu suất này đại diện cho các giá trị cao nhất đối với các thiết bị nhiệt thể rắn ở một số bậc độ lớn so với kết quả tốt nhất được báo cáo trước đó. “Công việc này là kết quả của sự hợp tác tuyệt vời, trong đó chúng tôi có thể tận dụng sự hiểu biết chi tiết về các phân tử và giao diện để thực hiện một bước tiến lớn trong việc kiểm soát các đặc tính vật liệu quan trọng có khả năng tác động đến thế giới thực,” đồng tác giả cho biết. tác giả Paul Weiss, giáo sư hóa học và hóa sinh. Trong thiết kế chứng minh khái niệm của họ, một giao diện phân tử tự lắp ráp được chế tạo và hoạt động như một ống dẫn chuyển động nhiệt. Việc bật và tắt điện trường thông qua cổng cực thứ ba sẽ kiểm soát điện trở nhiệt trên các bề mặt tiếp xúc nguyên tử và do đó nhiệt di chuyển qua vật liệu một cách chính xác. Các nhà nghiên cứu đã xác nhận hiệu suất của bóng bán dẫn bằng các thí nghiệm quang phổ và tiến hành tính toán lý thuyết các nguyên lý đầu tiên giải thích các hiệu ứng trường lên đặc tính của nguyên tử và phân tử.
Minh họa bóng bán dẫn nhiệt trạng thái rắn do UCLA phát triển sử dụng điện trường để điều khiển chuyển động nhiệt. (Hình ảnh: H-Lab) Mặc dù đã có nhiều nỗ lực trong việc điều chỉnh độ dẫn nhiệt nhưng hiệu suất của chúng vẫn bị ảnh hưởng do phụ thuộc vào các bộ phận chuyển động, chuyển động của ion hoặc các thành phần dung dịch lỏng. Điều này dẫn đến tốc độ chuyển đổi chuyển động nhiệt chậm khoảng vài phút hoặc chậm hơn nhiều, tạo ra các vấn đề về độ tin cậy hiệu suất cũng như tính không tương thích với sản xuất chất bán dẫn. Bóng bán dẫn nhiệt mới, có hiệu ứng trường (điều chế độ dẫn nhiệt của vật liệu bằng cách sử dụng điện trường bên ngoài) và trạng thái rắn hoàn toàn (không có bộ phận chuyển động), mang lại hiệu suất cao và khả năng tương thích với các mạch tích hợp trong chất bán dẫn quá trình sản xuất. Thiết kế của họ kết hợp hiệu ứng trường lên động lực học điện tích ở bề mặt phân cách nguyên tử để mang lại hiệu suất chưa từng có bằng cách sử dụng công suất không đáng kể để liên tục chuyển đổi và khuếch đại dòng nhiệt. Nhóm UCLA đã trình diễn các bóng bán dẫn nhiệt có cổng điện đạt được hiệu suất cao kỷ lục với tốc độ chuyển mạch hơn 1 megahertz, hay 1 triệu chu kỳ mỗi giây. Chúng cũng mang đến khả năng điều chỉnh độ dẫn nhiệt 1,300% và hiệu suất đáng tin cậy trong hơn 1 triệu chu kỳ chuyển mạch. Hiệu suất này đại diện cho các giá trị cao nhất đối với các thiết bị nhiệt thể rắn ở một số bậc độ lớn so với kết quả tốt nhất được báo cáo trước đó. “Công việc này là kết quả của sự hợp tác tuyệt vời, trong đó chúng tôi có thể tận dụng sự hiểu biết chi tiết về các phân tử và giao diện để thực hiện một bước tiến lớn trong việc kiểm soát các đặc tính vật liệu quan trọng có khả năng tác động đến thế giới thực,” đồng tác giả cho biết. tác giả Paul Weiss, giáo sư hóa học và hóa sinh. Trong thiết kế chứng minh khái niệm của họ, một giao diện phân tử tự lắp ráp được chế tạo và hoạt động như một ống dẫn chuyển động nhiệt. Việc bật và tắt điện trường thông qua cổng cực thứ ba sẽ kiểm soát điện trở nhiệt trên các bề mặt tiếp xúc nguyên tử và do đó nhiệt di chuyển qua vật liệu một cách chính xác. Các nhà nghiên cứu đã xác nhận hiệu suất của bóng bán dẫn bằng các thí nghiệm quang phổ và tiến hành tính toán lý thuyết các nguyên lý đầu tiên giải thích các hiệu ứng trường lên đặc tính của nguyên tử và phân tử.
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=64019.php
