Termisk transistor kunne køle computerchips ned - Physics World

Termisk transistor kunne køle computerchips ned - Physics World

Tidsstempel: 19. december 2023 kl. 9:02

Illustration af en termisk transistor, der bruger et elektrisk felt til at styre varmestrømmen, som viser en chip omgivet af glødende orange lys og udstråler en varmestråle
Illustration af en UCLA-udviklet solid-state termisk transistor, der bruger et elektrisk felt til at styre varmebevægelsen. (Med høflighed: H-Lab/UCLA)

Forskere ved University of California i Los Angeles, USA, har opfundet en termisk transistor, der bruger et elektrisk felt til at styre varmestrømmen. Denne proof-of-concept-enhed er den første af sin slags, og dens udviklere siger, at den kunne bruges til at køle computerchips eller endda til at afsløre, hvordan levende celler regulerer varme på molekylært niveau.

Elektriske transistorer er halvlederenheder, der regulerer, hvordan elektricitet (elektroner) bevæger sig gennem en chip, og de bruges i vid udstrækning til at forstærke eller skifte elektriske signaler og strøm. De er byggestenene i moderne informationsteknologi, og deres stadigt faldende størrelse betyder, at milliarder nu kan presses ind på en enkelt chip.

Problemet med denne stigende tæthed er, at elektroner genererer betydelige mængder varme, når de forplanter sig. Hvis denne varme ikke fjernes, vil chippens ydeevne begynde at forringes. Konventionelle køleplader adresserer dette ved passivt at trække varme væk fra varme områder, men en mere dynamisk måde at regulere varmetransporten har manglet. Dette skyldes, at varmestrømmens dissipative karakter, den spektrale fordeling af varmebærere (fononer) og det faktum, at varme generelt reagerer meget svagt med eksterne felter, alle gør den præcise varmestrøm gennem materialer meget svær at kontrollere, forklarer Yongjie Hu, en maskin- og rumfartsingeniør, der ledede den nye forskningsindsats.

Hu og kolleger lavede deres nye termiske transistor fra en selvsamlet molekylær grænseflade, der fungerer som en ledning for varme. At tænde og slukke for et elektrisk felt gennem en tredjeterminalport giver felteffektkontrol over grænsefladematerialets atomare bindingsdynamik og derfor den termiske modstand på tværs af det. Resultatet er en enhed med en koblingshastighed på mere end 1 MHz og et termisk konduktansforhold på mere end 1300 %, der kan skiftes mere end 1 million gange.

"Vores nye designprincip er et stort skridt fremad på området, da det styrer varmebevægelsen med tænd- og sluk-skift af et elektrisk felt, ligesom det er blevet gjort med elektriske transistorer i årtier," fortæller Hu. Fysik verden. "Dette er et meget spændende spirende og hurtigt udviklende forskningsområde, og vi arbejder på nye koncepter og designs for at skabe revolutionerende udvikling, ligesom vores forgængere har gjort inden for elektriske transistorer, der revolutionerede moderne informationsteknologi."

Implikationer for termisk styring

Hu mener, at holdets arbejde kan have konsekvenser for termisk styring inden for elektronik, 3D integreret kredsløbsemballage, bæredygtige energisystemer, industriel behandling og biomedicinsk termisk terapi. Han tilføjer, at konceptet også tilbyder en ny måde at forstå varmestyring i den menneskelige krop på de molekylære mekanismer, der er aktive i levende celler.

Ansporet af deres foreløbige resultater har forskerne, som detaljerer deres nuværende arbejde Videnskab, siger, at de nu udforsker måder at forbedre ydeevnen af ​​deres termiske transistorer ved at optimere deres strukturer og materialer. "Vi integrerer også disse avancerede termiske transistorer i strømkredsløb, såsom 3D-integrerede kredsløb og chiplet-design," afslører Hu. "Ved at udnytte disse termiske transistorer med præcisionskontrol i nanoskala, sigter vores system på at opnå væsentligt forbedret computerydelse og pålidelighed, der overgår de nuværende avancerede teknologier."

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden