නවීන චිප්ස් රත් වීමට හේතුව

නැනෝ පරිමාණ ට්‍රාන්සිස්ටර ගිගාහර්ට්ස් අනුපාතයකින් මාරු වන විට, ඉලෙක්ට්‍රෝන පරිපථ හරහා වේගයෙන් ගමන් කර තාපය ලෙස ශක්තිය නැති කරයි - ලැප්ටොප් පරිගණකයක් හෝ දුරකථනයක් අපහසුතාවයට පත්වන විට ඔබට දැනෙන තාපය එයයි. චිපයක් මත වැඩිපුර ට්‍රාන්සිස්ටර ඇසුරුම් කිරීමෙන් එම තාපය ඉවත් කිරීමට අඩු ඉඩක් ඉතිරි වේ. සිලිකන් හරහා ඒකාකාරව පැතිරීම වෙනුවට, අවට ප්‍රදේශවලට වඩා අංශක දස දහස් ගණනක් උණුසුම් විය හැකි උණුසුම් ස්ථාන වලට තාපය එකතු වේ. හානිය සහ කාර්ය සාධනය නැතිවීම වළක්වා ගැනීම සඳහා, උෂ්ණත්වය ඉහළ යන විට පද්ධති CPU සහ GPU තල්ලු කරයි.

තාප අභියෝගයේ විෂය පථය

කුඩාකරණය කිරීමේ තරඟයක් ලෙස ආරම්භ වූ දෙය, සියලු ඉලෙක්ට්‍රොනික උපකරණ හරහා තාපය සමඟ සටනක් බවට පත්ව ඇත. පරිගණකකරණයේදී, කාර්ය සාධනය බල ඝනත්වය ඉහළට තල්ලු කරමින් පවතී (තනි සේවාදායකයන්ට කිලෝවොට් දස දහස් ගණනක අනුපිළිවෙලක් ලබා ගත හැකිය). සන්නිවේදනයේදී, ඩිජිටල් සහ ඇනලොග් පරිපථ දෙකටම ශක්තිමත් සංඥා සහ වේගවත් දත්ත සඳහා ඉහළ ට්‍රාන්සිස්ටර බලයක් අවශ්‍ය වේ. බල ඉලෙක්ට්‍රොනික උපකරණවල, තාප සීමාවන් මගින් වඩා හොඳ කාර්යක්ෂමතාව වැඩි වැඩියෙන් සීමා වේ.

වෙනස් උපාය මාර්ගයක්: චිපය තුළ තාපය පැතිරවීම

තාපය සංකේන්ද්‍රණය වීමට ඉඩ දීම වෙනුවට, පොරොන්දු වූ අදහසක් වන්නේතනුක කරන්නඑය චිපය තුළම ඇතුලේ - පිහිනුම් තටාකයකට උතුරන වතුර කෝප්පයක් වත් කරනවා වගේ. තාපය ජනනය වන තැනම පැතිර ගියහොත්, උණුසුම්ම උපාංග සිසිල්ව පවතින අතර සාම්ප්‍රදායික සිසිලන (තාප සින්ක්, විදුලි පංකා, ද්‍රව ලූප) වඩාත් ඵලදායී ලෙස ක්‍රියා කරයි. මේ සඳහාඉහළ තාප සන්නායකතාවක් ඇති, විද්‍යුත් පරිවාරක ද්‍රව්‍යයක්ක්‍රියාකාරී ට්‍රාන්සිස්ටරවල සියුම් ගුණාංගවලට බාධා නොකර නැනෝමීටර පමණක් ඒකාබද්ධ කරන ලදී. අනපේක්ෂිත අපේක්ෂකයෙකු මෙම පනතට ගැලපේ:දියමන්ති.

ඇයි දියමන්ති?

දියමන්ති යනු දන්නා හොඳම තාප සන්නායක අතර වේ - තඹ වලට වඩා කිහිප ගුණයකින් ඉහළයි - ඒ සමඟම විද්‍යුත් පරිවාරකයක් ද වේ. අල්ලා ගැනීම ඒකාබද්ධ කිරීමයි: සාම්ප්‍රදායික වර්ධන ක්‍රමවලට 900–1000 °C පමණ හෝ ඊට වැඩි උෂ්ණත්වයක් අවශ්‍ය වන අතර එමඟින් දියුණු පරිපථවලට හානි වේ. මෑත කාලීන දියුණුව පෙන්නුම් කරන්නේ සිහින්බහු ස්ඵටිකරූපී දියමන්තිපටල (ක්ෂුද්‍රමීටර කිහිපයක් ඝනකම පමණක්) වගා කළ හැක්කේබොහෝ අඩු උෂ්ණත්වයන්නිමි උපාංග සඳහා සුදුසු වේ.

අද සිසිලන යන්ත්‍ර සහ ඒවායේ සීමාවන්

ප්‍රධාන ධාරාවේ සිසිලනය වඩා හොඳ තාප සින්ක්, විදුලි පංකා සහ අතුරුමුහුණත් ද්‍රව්‍ය කෙරෙහි අවධානය යොමු කරයි. පර්යේෂකයන් ක්ෂුද්‍ර තරල ද්‍රව සිසිලනය, අදියර-වෙනස් කිරීමේ ද්‍රව්‍ය සහ තාප සන්නායක, විද්‍යුත් පරිවාරක ද්‍රවවල ගිල්වන සේවාදායකයන් පවා ගවේෂණය කරයි. මේවා වැදගත් පියවර වේ, නමුත් ඒවා විශාල, මිල අධික හෝ නැගී එන ඒවාට දුර්වල ලෙස නොගැලපේ.3D-ඇතුළත්චිප ගෘහ නිර්මාණ ශිල්පය, එහිදී බහු සිලිකන් ස්ථර "ගගනචුවක්" මෙන් හැසිරේ. එවැනි ගොඩවල් වලදී, සෑම ස්ථරයක්ම තාපය වැගිරවිය යුතුය; එසේ නොමැතිනම් උණුසුම් ස්ථාන ඇතුළත සිරවී ඇත.

උපාංග-හිතකාමී දියමන්ති වගා කරන්නේ කෙසේද?

තනි-ස්ඵටික දියමන්ති අසාමාන්‍ය තාප සන්නායකතාවක් ඇත (≈2200–2400 W m⁻¹ K⁻¹, තඹ මෙන් හය ගුණයක් පමණ). පහසුවෙන් සෑදිය හැකි බහු ස්ඵටික පටල ප්‍රමාණවත් තරම් ඝන වූ විට මෙම අගයන්ට ළඟා විය හැකි අතර තුනී වූ විට පවා තඹ වලට වඩා උසස් වේ. සාම්ප්‍රදායික රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් වීම ඉහළ උෂ්ණත්වයේ දී මීතේන් සහ හයිඩ්‍රජන් ප්‍රතික්‍රියා කර සිරස් දියමන්ති නැනෝ තීරු සාදයි, පසුව එය පටලයකට ඒකාබද්ධ වේ; ඒ වන විට ස්ථරය ඝන, ආතතියට පත් සහ ඉරිතැලීම් වලට ගොදුරු වේ.
අඩු උෂ්ණත්ව වර්ධනයට වෙනස් වට්ටෝරුවක් අවශ්‍ය වේ. තාපය අඩු කිරීමෙන් දියමන්ති පරිවරණය කිරීම වෙනුවට සන්නායක සබන් ලැබේ. හඳුන්වා දීමඔක්සිජන්අඛණ්ඩව දියමන්ති නොවන කාබන් කැටයම් කරයි, සක්‍රීය කරයි~400 °C දී විශාල-ධාන්‍ය බහු ස්ඵටිකරූපී දියමන්ති, උසස් ඒකාබද්ධ පරිපථ සමඟ අනුකූල උෂ්ණත්වයක්. ඒ හා සමානව වැදගත් ලෙස, ක්‍රියාවලියට තිරස් මතුපිට පමණක් නොවපැති බැමි, එය නෛසර්ගිකවම 3D උපාංග සඳහා වැදගත් වේ.

තාප මායිම් ප්‍රතිරෝධය (TBR): ෆෝනෝන් බාධකය

ඝන ද්‍රව්‍යවල තාපය රැගෙන යන්නේෆොනෝන(ක්වොන්ටීකරණය කරන ලද දැලිස් කම්පන). ද්‍රව්‍ය අතුරුමුහුණත් වලදී, ෆෝනෝන පරාවර්තනය වී ගොඩගැසී, නිර්මාණය කළ හැකියතාප මායිම් ප්‍රතිරෝධය (TBR)එය තාප ප්‍රවාහයට බාධා කරයි. අතුරුමුහුණත් ඉංජිනේරු විද්‍යාව TBR අඩු කිරීමට උත්සාහ කරයි, නමුත් තේරීම් අර්ධ සන්නායක අනුකූලතාවයෙන් සීමා වේ. ඇතැම් අතුරුමුහුණත් වලදී, අන්තර් මිශ්‍ර කිරීමෙන් තුනීසිලිකන් කාබයිඩ් (SiC)දෙපසම ෆෝනෝන් වර්ණාවලීක්ෂය වඩා හොඳින් ගැළපෙන ස්ථරයක්, "පාලමක්" ලෙස ක්‍රියා කරමින් TBR අඩු කරයි - එමඟින් උපාංගවලින් දියමන්ති බවට තාප හුවමාරුව වැඩි දියුණු කරයි.

පරීක්ෂණ ඇඳක්: GaN HEMTs (රේඩියෝ-සංඛ්‍යාත ට්‍රාන්සිස්ටර)

2D ඉලෙක්ට්‍රෝන වායුවක ගැලියම් නයිට්‍රයිඩ් පාලන ධාරාව මත පදනම් වූ අධි-ඉලෙක්ට්‍රෝන-චලතා ට්‍රාන්සිස්ටර (HEMTs) සහ අධි-සංඛ්‍යාත, අධි-බල ක්‍රියාකාරිත්වය සඳහා (X-කලාපය ≈8–12 GHz සහ W-කලාපය ≈75–110 GHz ඇතුළුව) අගය කරනු ලැබේ. තාපය මතුපිටට ඉතා ආසන්නව ජනනය වන බැවින්, ඒවා ඕනෑම ස්ථානයක තාපය පැතිරෙන ස්ථරයක විශිෂ්ට පරීක්ෂණයකි. තුනී දියමන්ති උපාංගය ආවරණය කරන විට - පැති බිත්ති ඇතුළුව - නාලිකා උෂ්ණත්වය පහත වැටෙන බව නිරීක්ෂණය වී ඇත.~70°C, ඉහළ බලයකදී තාප ප්‍රධාන කාමරයේ සැලකිය යුතු දියුණුවක් සමඟ.

CMOS සහ 3D අට්ටිවල දියමන්ති

දියුණු පරිගණකකරණයේදී,ත්‍රිමාණ ගොඩගැසීමඒකාබද්ධ ඝනත්වය සහ කාර්ය සාධනය වැඩි කරන නමුත් සාම්ප්‍රදායික, බාහිර සිසිලනකාරක අවම ඵලදායීතාවයකින් යුක්ත වන අභ්‍යන්තර තාප බාධක ඇති කරයි. දියමන්ති සිලිකන් සමඟ ඒකාබද්ධ කිරීමෙන් නැවතත් වාසිදායක බලපෑමක් ඇති කළ හැකිය.SiC අන්තර් ස්ථරය, උසස් තත්ත්වයේ තාප අතුරුමුහුණතක් ලබා දෙයි.
යෝජිත ගෘහ නිර්මාණ ශිල්පයක් වන්නේතාප පලස: ඩයලෙක්ට්‍රික් තුළ ට්‍රාන්සිස්ටරවලට ඉහළින් තැන්පත් කර ඇති නැනෝමීටර-තුනී දියමන්ති තහඩු, සම්බන්ධ කර ඇත්තේසිරස් තාප ව්‍යාස් ("තාප කුළුණු")තඹ හෝ අතිරේක දියමන්ති වලින් සාදා ඇත. මෙම කුළුණු බාහිර සිසිලනකාරකයකට ළඟා වන තෙක් ස්ථරයෙන් ස්ථරයට තාපය සම්ප්‍රේෂණය කරයි. යථාර්ථවාදී වැඩ බරක් සහිත සමාකරණවලින් පෙනී යන්නේ එවැනි ව්‍යුහයන්ට උපරිම උෂ්ණත්වය අඩු කළ හැකි බවයි.විශාලත්වයේ අනුපිළිවෙලක් දක්වාසංකල්ප සනාථ කිරීමේ තොගවල.

දුෂ්කර දේ ඉතිරිව ඇත

දියමන්තිවල ඉහළ මතුපිට නිර්මාණය කිරීම ප්‍රධාන අභියෝග අතර වේ.පරමාණුක වශයෙන් පැතලිඋඩින් ඇති අන්තර් සම්බන්ධක සහ පාර විද්‍යුත් ද්‍රව්‍ය සමඟ බාධාවකින් තොරව ඒකාබද්ධ කිරීම සහ පිරිපහදු ක්‍රියාවලීන් සඳහා, තුනී පටල යටින් පවතින පරිපථයට ආතතියක් ඇති නොකර විශිෂ්ට තාප සන්නායකතාවක් පවත්වා ගනී.

ඉදිරි දැක්ම

මෙම ප්‍රවේශයන් දිගටම පරිණත වුවහොත්,චිපයේ දියමන්ති තාපය පැතිරීමCMOS, RF සහ බල ඉලෙක්ට්‍රොනික උපකරණවල තාප සීමාවන් සැලකිය යුතු ලෙස ලිහිල් කළ හැකිය - සාමාන්‍ය තාප දඬුවම් නොමැතිව ඉහළ කාර්ය සාධනයක්, වැඩි විශ්වසනීයත්වයක් සහ ඝන 3D ඒකාබද්ධ කිරීමට ඉඩ සලසයි.