Hobaneng ha li-chips tsa sejoale-joale li chesa haholo

Ha li-transistors tsa nanoscale li fetoha ka sekhahla sa gigahertz, lielektrone li potlakela lipotolohong 'me li lahleheloa ke matla e le mocheso—mocheso o tšoanang oo u o utloang ha laptop kapa fono e futhumala ka mokhoa o sa phutholohang. Ho paka li-transistors tse ngata holim'a chip ho siea sebaka se senyenyane sa ho tlosa mocheso oo. Ho e-na le ho hasana ka ho lekana ka silicon, mocheso o bokellana libakeng tse chesang tse ka bang mocheso o mashome ho feta libaka tse potolohileng. Ho qoba tšenyo le tahlehelo ea ts'ebetso, litsamaiso li fokotsa li-CPU le li-GPU ha mocheso o phahama.

Bongata ba phephetso ea mocheso

Se qalileng e le peiso ea ho fokotsa matla a motlakase se fetohile ntoa le mocheso ho pholletsa le lisebelisoa tsohle tsa elektroniki. Ho k'homphieutha, ts'ebetso e ntse e tsoela pele ho sutumelletsa matla a motlakase holimo (liseva ka bomong li ka hula ka tatellano ea li-kilowatt tse mashome). Lipuisanong, lipotoloho tsa dijithale le tsa analog li hloka matla a phahameng a transistor bakeng sa matšoao a matla le data e potlakileng. Ho lisebelisoa tsa elektroniki tsa motlakase, ts'ebetso e betere e ntse e fokotsoa haholo ke lithibelo tsa mocheso.

Leano le fapaneng: jala mocheso ka har'a chip

Ho ena le ho lumella mocheso ho tsepamisa maikutlo, khopolo e tšepisang ke hofokotsae ka hare ho chip ka boeona—joalo ka ho tšela kopi ea metsi a belang ka letamong la ho sesa. Haeba mocheso o hasana hantle moo o hlahisoang teng, lisebelisoa tse chesang haholo li lula li bata 'me li-cooler tse tloaelehileng (li-heat sinks, lifene, li-loop tsa metsi) li sebetsa hantle haholoanyane. Sena se hlokathepa e futhumatsang haholo, e sireletsang mocheso ka motlakasee kopantse li-nanometer feela ho tsoa ho li-transistors tse sebetsang ntle le ho senya thepa ea tsona e bonolo. Mokhethoa ea sa lebelloang o lumellana le molao ona:taemane.

Hobaneng taemane?

Taemane ke e 'ngoe ea li-conductor tse ntle ka ho fetisisa tsa mocheso tse tsejoang—tse fetang koporo ka makhetlo a 'maloa—ha e ntse e le sesebelisoa sa ho thibela motlakase. Ntho e khahlang ke ho kopanya: mekhoa ea ho holisa e tloaelehileng e hloka mocheso o ka bang 900–1000 °C kapa o fetang, e leng se ka senyang potoloho e tsoetseng pele. Tsoelo-pele ea morao tjena e bontša hore e tšesaane.taemane e nang le kristale e ngatalifilimi (tse teteaneng ka li-micrometer tse 'maloa feela) li ka lengoa homocheso o tlase haholoe loketse disebediswa tse fedileng.

Li-cooler tsa kajeno le meeli ea tsona

Ho phodisa ho tloaelehileng ho shebana le disinki tse betere tsa mocheso, difene le thepa ya sebopeho. Bafuputsi ba boetse ba hlahloba ho phodisa ha metsi a microfluidic, thepa ya phetoho ya mokgahlelo, esita le ho kenya di-server ka hara metsi a tsamaisang mocheso, a sireletsang motlakase. Tsena ke mehato ya bohlokwa, empa e ka ba kgolo, ya bitsa tjhelete e ngata, kapa ya se tshwane hantle le e hlahang.E kopantsoe ka 3Dmeralo ea li-chip, moo likarolo tse ngata tsa silicon li itšoarang joaloka "skyscraper." Li-stack tse joalo, lera le leng le le leng le tlameha ho ntša mocheso; ho seng joalo libaka tse chesang li tšoasoa kahare.

Mokhoa oa ho lema taemane e loketseng lisebelisoa

Taemane ea kristale e le 'ngoe e na le conductivity e ikhethang ea mocheso (≈2200–2400 W m⁻¹ K⁻¹, hoo e ka bang makhetlo a tšeletseng ho feta koporo). Lifilimi tsa polycrystalline tse bonolo ho li etsa li ka atamela litekanyetso tsena ha li le teteaneng ka ho lekaneng—'me li ntse li le betere ho feta koporo leha li le tšesaane. Ho kenngoa ha mouoane oa lik'hemik'hale tsa setso ho arabela methane le haedrojene mochesong o phahameng, ho etsa li-nanocolumn tsa daemane tse otlolohileng tseo hamorao li kopanang filiming; ka nako eo lera le se le teteaneng, le hatelitsoe, 'me le sekametse ho petsoheng.
Kgolo ya mocheso o tlase e hloka risepe e fapaneng. Ho fokotsa mocheso feela ho hlahisa mosi o tsamaisang motlakase ho ena le ho sireletsa taemane mochesong.oksijenee tjhesa khabone e seng ya daemane ka ho tswela pele, e nolofalletsangtaemane e nang le polikristale e kholo e nang le lithollo tse kholo ho ~400 °C, mocheso o tsamaellanang le dipotoloho tse tsoetseng pele tse kopaneng. Habohlokoa le ho feta, ts'ebetso e ka koahela eseng feela libaka tse bataletseng empa hapemabota a mahlakoreng, e leng sa bohlokoa bakeng sa disebediswa tsa 3D ka tlhaho.

Khanyetso ea moeli oa mocheso (TBR): botlolo ea fonon

Mocheso linthong tse tiileng o tsamaisoa kelifonone(ho thothomela ha lattice ho quantized). Li-interface tsa thepa, li-fonon li ka bonahatsa le ho bokellana, tsa etsakhanyetso ea moeli oa mocheso (TBR)e sitisang phallo ea mocheso. Boenjiniere ba sebopeho bo batla ho fokotsa TBR, empa likhetho li lekanyelitsoe ke ho lumellana ha semiconductor. Libakeng tse itseng tsa sebopeho, ho kopanya ho ka etsa hore ho be le sekhahla se sephara.khabide ea silicon (SiC)lera le lumellanang hantle le li-spectra tsa phonon mahlakoreng ka bobeli, le sebetsa e le "borokho" mme le fokotsa TBR - ka hona le ntlafatsa phetiso ea mocheso ho tloha lisebelisoa ho ea ho daemane.

Sebaka sa teko: GaN HEMTs (li-transistors tsa maqhubu a radio)

Li-transistors tse tsamaeang ka motlakase o phahameng (HEMTs) tse thehiloeng ho gallium nitride control current khaseng ea electron ea 2D 'me li nkoa e le tsa bohlokoa bakeng sa ts'ebetso ea maqhubu a phahameng, matla a phahameng (ho kenyeletsoa le X-band ≈8–12 GHz le W-band ≈75–110 GHz). Hobane mocheso o hlahisoa haufi haholo le bokaholimo, ke probe e ntle ea lera lefe kapa lefe le hasang mocheso sebakeng seo. Ha taemane e tšesaane e koahela sesebelisoa—ho kenyeletsoa le mabota a mahlakoreng—mocheso oa kanale o bonoa o theoha ka~70 °C, ka ntlafatso e kgolo ka hara ntlo ya motlakase e nang le matla a mangata.

Taemane ka har'a CMOS le 3D stacks

Ho tsa k'homphieutha e tsoetseng pele,Ho bokellana ha 3De eketsa bongata ba kopanyo le tshebetso empa e baka dithibelo tsa kahare tsa mocheso moo di-cooler tsa setso, tsa kantle di sa sebetseng hantle. Ho kopanya taemane le silicon ho ka boela ha hlahisa molemoSekhahla sa SiC, e fanang ka sebopeho sa mocheso sa boleng bo holimo.
Moaho o mong o sisintsweng kesekala sa mocheso: maqephe a taemane a masesaane a kang nanometer a kentsoeng ka holim'a li-transistors ka har'a dielectric, a hokahantsoe keli-via tse otlolohileng tsa mocheso ("lipilara tsa mocheso")e entsoe ka koporo kapa daemane e eketsehileng. Litšiea tsena li fetisa mocheso ho tloha lera le leng ho ea ho le leng ho fihlela o fihla sehatsetsing sa kantle. Li-simulation tse nang le mesebetsi ea sebele li bontša hore meaho e joalo e ka fokotsa mocheso o phahameng kaho fihlela tekanyong e kholoka har'a li-stacks tsa bopaki ba mohopolo.

Se ntseng se le thata

Liphephetso tsa bohlokoa li kenyelletsa ho etsa bokaholimo ba taemanesephara ka athomobakeng sa kopanyo e se nang sekoli le likhokahano tse koahelang le dielectric, le lits'ebetso tsa ho ntlafatsa kahoo lifilimi tse tšesaane li boloka tsamaiso e ntle ea mocheso ntle le ho hatella potoloho e ka tlase.

Pono

Haeba mekhoa ena e ntse e tsoela pele ho hola,ho ata ha mocheso oa taemane ka har'a chipe ka fokotsa haholo meeli ea mocheso ho CMOS, RF, le lisebelisoa tsa elektroniki tsa motlakase—e leng se lumellang ts'ebetso e phahameng, ts'epo e kholoanyane, le kopanyo e teteaneng ea 3D ntle le likotlo tse tloaelehileng tsa mocheso.