جديد چپس گرم ڇو ٿين ٿا؟

جيئن نانو اسڪيل ٽرانزسٽر گيگا هرٽز جي شرح تي سوئچ ڪندا آهن، اليڪٽران سرڪٽ مان ڊوڙندا آهن ۽ گرمي وانگر توانائي وڃائي ڇڏيندا آهن - ساڳي گرمي جيڪا توهان محسوس ڪندا آهيو جڏهن هڪ ليپ ٽاپ يا فون بي آرامي سان گرم ٿي ويندو آهي. هڪ چپ تي وڌيڪ ٽرانزسٽر پيڪ ڪرڻ سان ان گرمي کي ختم ڪرڻ لاءِ گهٽ جاءِ بچي ٿي. سلڪون ذريعي هڪجهڙائي سان پکڙجڻ جي بدران، گرمي هاٽ اسپاٽ ۾ جمع ٿئي ٿي جيڪي آس پاس جي علائقن کان ڏهه درجا وڌيڪ گرم ٿي سگهن ٿا. نقصان ۽ ڪارڪردگي جي نقصان کان بچڻ لاءِ، سسٽم سي پي يو ۽ جي پي يو کي ٿلهو ڪري ٿو جڏهن گرمي پد وڌي ٿو.

حرارتي چئلينج جو دائرو

جيڪو ننڍي ڪرڻ جي ڊوڙ طور شروع ٿيو هو، اهو سڀني اليڪٽرانڪس ۾ گرمي سان جنگ بڻجي ويو آهي. ڪمپيوٽنگ ۾، ڪارڪردگي طاقت جي کثافت کي وڌيڪ وڌائيندي رهي ٿي (انفرادي سرور ڏهه ڪلوواٽ جي ترتيب تي ٺاهي سگهن ٿا). مواصلات ۾، ڊجيٽل ۽ اينالاگ سرڪٽ ٻئي مضبوط سگنلن ۽ تيز ڊيٽا لاءِ وڌيڪ ٽرانزسٽر پاور جي ضرورت رکن ٿا. پاور اليڪٽرانڪس ۾، بهتر ڪارڪردگي حرارتي پابندين جي ڪري تيزي سان محدود ٿي رهي آهي.

هڪ مختلف حڪمت عملي: چپ اندر گرمي پکيڙيو

گرمي کي مرڪوز ٿيڻ ڏيڻ بدران، هڪ اميد افزا خيال اهو آهي تهپتلي ڪرڻاهو چپ اندر ئي آهي - جيئن سوئمنگ پول ۾ اُبلندڙ پاڻي جو پيالو وجهڻ. جيڪڏهن گرمي اتي ئي پکڙيل هجي جتي اها پيدا ٿئي ٿي، ته گرم ترين ڊوائيس ٿڌا رهن ٿا ۽ روايتي ڪولر (هيٽ سنڪ، فين، مائع لوپس) وڌيڪ اثرائتي ڪم ڪن ٿا. ان لاءِ هڪتيز حرارتي چالکائي، برقي طور تي موصل موادفعال ٽرانزسٽرن مان صرف نانو ميٽرن کي انهن جي نازڪ خاصيتن کي خراب ڪرڻ کان سواءِ ضم ڪيو ويو. هڪ غير متوقع اميدوار هن بل ۾ مناسب آهي:هيرا.

هيرا ڇو؟

هيرو بهترين حرارتي موصلن مان هڪ آهي جيڪو ٽامي کان ڪيترائي ڀيرا وڌيڪ آهي - جڏهن ته هڪ برقي موصل پڻ آهي. پڪڙي انضمام آهي: روايتي واڌ جي طريقن کي 900-1000 °C جي چوڌاري يا ان کان مٿي گرمي پد جي ضرورت هوندي آهي، جيڪو ترقي يافته سرڪٽ کي نقصان پهچائيندو. تازيون ترقيون ڏيکارين ٿيون ته پتليپولي ڪرسٽل هيرافلمون (صرف ڪجھ مائڪرو ميٽر ٿلهيون) پوکي سگهجن ٿيونتمام گهٽ درجه حرارتختم ٿيل ڊوائيسز لاءِ مناسب.

اڄ جا ڪولر ۽ انهن جون حدون

مکيه وهڪرو کولنگ بهتر گرمي سنڪ، پنکھا، ۽ انٽرفيس مواد تي ڌيان ڏئي ٿو. محقق مائڪرو فلوئڊڪ مائع کولنگ، فيز-چينج مواد، ۽ ايستائين جو حرارتي طور تي چالکائي، برقي طور تي موصل مائع ۾ سرورز کي به ڳوليندا آهن. اهي اهم قدم آهن، پر اهي وڏا، مهانگا، يا ابھرندڙ سان خراب طور تي ملائي سگهجن ٿا.3D-اسٽيڪ ٿيلچپ آرڪيٽيڪچر، جتي ڪيترائي سلڪون پرت هڪ "اسڪائي اسڪراپر" وانگر ڪم ڪن ٿا. اهڙن اسٽيڪ ۾، هر پرت کي گرمي ڇڏڻ گهرجي؛ ٻي صورت ۾ هاٽ اسپاٽ اندر ڦاسي پوندا آهن.

ڊوائيس دوست هيرا ڪيئن پوکيو وڃي

سنگل-ڪرسٽل هيرن ۾ غير معمولي حرارتي چالکائي آهي (≈2200–2400 W m⁻¹ K⁻¹، ٽامي کان تقريباً ڇهه ڀيرا). ٺاهڻ ۾ آسان پولي ڪرسٽل لائن فلمون انهن قدرن تائين پهچي سگهن ٿيون جڏهن ڪافي ٿلهيون هجن - ۽ اڃا تائين ٽامي کان بهتر آهن جيتوڻيڪ پتلي هجن. روايتي ڪيميائي بخارات جو جمع ميٿين ۽ هائيڊروجن کي تيز گرمي پد تي رد عمل ڪري ٿو، عمودي هيرن جا نانو ڪالم ٺاهي ٿو جيڪي بعد ۾ هڪ فلم ۾ ضم ٿي وڃن ٿا؛ ان وقت تائين پرت ٿلهي، زوردار، ۽ ڀڃڻ جو شڪار آهي.
گهٽ درجه حرارت تي واڌ ويجهه هڪ مختلف ترڪيب جي ضرورت آهي. صرف گرمي کي گهٽائڻ سان هيرن کي موصل ڪرڻ جي بدران ڪنڊڪٽو سوٽ پيدا ٿئي ٿو. متعارف ڪرائڻآڪسيجنمسلسل غير هيرا ڪاربن کي ايچ ڪري ٿو، فعال ڪري ٿو~400 °C تي وڏو اناج وارو پولي ڪرسٽل هيرو، هڪ اهڙو گرمي پد جيڪو ترقي يافته انٽيگريٽڊ سرڪٽس سان مطابقت رکي ٿو. بلڪل اهم طور تي، اهو عمل نه رڳو افقي سطحن کي ڍڪي سگهي ٿو پر پڻپاسي واريون ڀتيون، جيڪو فطري طور تي 3D ڊوائيسز لاءِ اهم آهي.

حرارتي حد مزاحمت (TBR): فونون رڪاوٽ

ٺوس شين ۾ گرمي کڻي ويندي آهيفونون(ڪوانٽائيزڊ ليٽيس وائبريشنز). مادي انٽرفيس تي، فونون موٽائي سگهن ٿا ۽ ڍير ٿي سگهن ٿا، ٺاهي سگهن ٿاحرارتي حد مزاحمت (TBR)جيڪو گرمي جي وهڪري کي روڪي ٿو. انٽرفيس انجنيئرنگ TBR کي گهٽائڻ جي ڪوشش ڪري ٿي، پر چونڊون سيمي ڪنڊڪٽر مطابقت جي ڪري محدود آهن. ڪجهه انٽرفيس تي، انٽرميڪسنگ هڪ پتلي ٺاهي سگهي ٿيسلڪون ڪاربائيڊ (SiC)پرت جيڪا ٻنهي پاسن کان فونون اسپيڪٽرا سان بهتر طور تي ملندي آهي، هڪ "پل" جي حيثيت سان ڪم ڪندي ۽ TBR کي گهٽائيندي آهي - اهڙي طرح ڊوائيسز کان هيرن ۾ گرمي جي منتقلي کي بهتر بڻائي ٿي.

هڪ ٽيسٽ بيڊ: GaN HEMTs (ريڊيو فريڪوئنسي ٽرانزسٽر)

2D اليڪٽران گيس ۾ گيليم نائٽرائڊ ڪنٽرول ڪرنٽ تي ٻڌل هاءِ اليڪٽران-موبلٽي ٽرانزسٽر (HEMTs) ۽ هاءِ فريڪوئنسي، هاءِ پاور آپريشن لاءِ قيمتي آهن (جنهن ۾ ايڪس بينڊ ≈8–12 GHz ۽ ڊبليو بينڊ ≈75–110 GHz شامل آهن). ڇاڪاڻ ته گرمي مٿاڇري جي تمام ويجهو پيدا ٿئي ٿي، اهي ڪنهن به ان-سيٽو گرمي پکيڙڻ واري پرت جي هڪ بهترين پروب آهن. جڏهن پتلي هيرا ڊوائيس کي ڍڪيندو آهي - سائڊ والز سميت - چينل جي گرمي پد ۾ گهٽتائي ڏٺي وئي آهي.~70 °C، هاءِ پاور تي ٿرمل هيڊ روم ۾ اهم بهتري سان.

CMOS ۽ 3D اسٽيڪ ۾ هيرا

ترقي يافته ڪمپيوٽنگ ۾،3D اسٽيڪنگانضمام جي کثافت ۽ ڪارڪردگي وڌائي ٿو پر اندروني حرارتي رڪاوٽون پيدا ڪري ٿو جتي روايتي، ٻاهرين کولر گهٽ ۾ گهٽ اثرائتو آهن. سلڪون سان هيرن کي ضم ڪرڻ سان ٻيهر هڪ فائديمند پيدا ٿي سگهي ٿوسي سي انٽرليئر، هڪ اعليٰ معيار جو حرارتي انٽرفيس پيدا ڪري ٿو.
هڪ تجويز ڪيل فن تعمير هڪ آهيحرارتي اسڪافولڊ: نانو ميٽر-پتلي هيرن جون چادرون جيڪي ڊائي اليڪٽرڪ اندر ٽرانزسٽرن جي مٿان لڳل آهن، ڳنڍيل آهنعمودي حرارتي وياس ("گرمي جا ستون")ٽامي يا اضافي هيرن مان ٺهيل. اهي ستون هڪ پرت کان ٻئي پرت تائين گرمي منتقل ڪن ٿا جيستائين اهو هڪ ٻاهرين کولر تائين نه پهچي. حقيقي ڪم جي لوڊ سان سموليشن ڏيکارين ٿا ته اهڙيون اڏاوتون چوٽي جي گرمي پد کي گهٽائي سگهن ٿيونوڏي پيماني تيتصور جي ثبوت واري اسٽيڪ ۾.

جيڪو ڏکيو رهي ٿو

اهم چئلينجن ۾ هيرن جي مٿئين مٿاڇري ٺاهڻ شامل آهي.ايٽمي طور تي سڌواوورلائينگ انٽر ڪنيڪٽس ۽ ڊائيليڪٽرڪس سان بيحد انضمام لاءِ، ۽ ريفائننگ جي عملن لاءِ ته جيئن پتلي فلمون بنيادي سرڪٽي تي زور ڏيڻ کان سواءِ بهترين حرارتي چالکائي برقرار رکن.

لک

جيڪڏهن اهي طريقا پختا ٿيندا رهن ٿا،چپ ۾ هيرن جي گرمي پکيڙڻCMOS، RF، ۽ پاور اليڪٽرانڪس ۾ حرارتي حدن کي خاص طور تي آرام ڏئي سگھي ٿو - عام حرارتي سزا کان سواءِ اعلي ڪارڪردگي، وڌيڪ اعتبار، ۽ وڌيڪ ٿلهي 3D انضمام جي اجازت ڏئي ٿو.