Zabudnuté heslo?
Prihlásenie

Izotopovo čisté kremíkové nanodrôty pre chladnejšie počítačové čipy

Izotopovo čisté kremíkové nanodrôty pre chladnejšie počítačové čipy
Autor:
Roman Mališka
Zverejnené:
18. 5. 2022
Hodnotenie:
Už ste hlasovali.

Kde je elektrina, tam sa zvyčajne vytvára teplo, čo je tiež hlavnou prekážkou pre zmenšovanie elektronických zariadení. Vedci teraz zistili, že nanodrôty vyrobené z určitého izotopu kremíka dokážu odvádzať teplo až o 150 percent lepšie ako bežný kremík. To by mohlo viesť k výrazne chladnejším počítačovým čipom.

V rušnom elektronickom systéme generujú elektrické prúdy veľké množstvo tepla, ktoré môže poškodiť komponenty, ak sa nahromadí. Technológia chladenia sa preto tiež vyvíja rýchlym tempom, ale keďže elektronika je čoraz menšia a menšia, je čoraz ťažšie efektívne odvádzať teplo.

V novej štúdii vedci z Laboratória Berkeley objavili nový jav, ktorý by sa jedného dňa mohol využiť na výrobu počítačových čipov s oveľa lepšími chladiacimi vlastnosťami. Kľúčom je konkrétny izotop kremíka, známy ako kremík-28 (Si-28). Izotopy sú atómy určitého prvku, ktoré obsahujú rôzny počet neutrónov.

Väčšina, približne až 92 percent, kremíka už existuje ako Si-28, päť percent tvorí kremík-29 a zvyšné tri percentá kremík-30. V počítačovom čipe majú tieto izotopy rovnaké všeobecné elektronické funkcie, no predchádzajúce štúdie zistili, že „nečistoty“ Si-29 a Si-30 môžu prerušiť tok tepla.

Mikroskopický obrázok nanodrôtu kremíka-28 s povlakom oxidu kremičitého vytvoreným pozdĺž vonkajšej strany.

V minulosti vedci zistili, že výroba komponentov z čistého kremíka-28 vo veľkom môže zlepšiť vedenie tepla približne o 10 percent. To nie je zlé, ale nestojí to za dodatočné náklady. V rámci novej štúdie preto vedci skúmali, ako dobre budú nanodrôty vyrobené z čistého Si-28 viesť teplo.

Tím umiestnil nanodrôt Si-28 so šírkou len 90 nanometrov medzi dve mikroohrievacie podložky a na jednu z nich sa potom privádzal elektrický prúd, aby vzniknuté teplo prúdilo cez nanodrôt do druhej. Vedci očakávali, že zlepšenie sa bude pohybovať okolo 20 percent. No na ich veľké prekvapenie technológia fungovala až o 150 percent lepšie ako nanodrôty z prírodného kremíka.

Nanodrôt izotopu kremíka-28 spája dve mikroohrievacie podložky pri teste schopnosti materiálu viesť teplo.

Bližšie skúmanie odhalilo, že na vonkajšej strane nanodrôtu sa vytvorila vrstva oxidu kremičitého, ktorá účinne vyhladila zvyčajne drsný povrch, ktorý rozptyľuje teplo. Vnútri chýbali defekty iných izotopov, ktoré by udržiavali teplo na ceste cez jadro nanodrôtu.

Vedci tvrdia, že ich práca by mohla pripraviť pôdu pre nové počítačové čipy, ktoré dokážu efektívnejšie odvádzať teplo aj v malých rozmeroch. Je tu však jeden veľký problém. Izolácia kremíka 28 od iných izotopov je stále drahá a náročná. V budúcnosti by sa však mohol dosiahnuť pokrok aj v tejto oblasti, najmä vďaka týmto novým dôvodom.

Výskum bol publikovaný v magazíne Physical Review Letters.