Transistoreita jäähdyttäen ja pinoten

Mikronestekanavat tulevat hyvin lähelle transistorin kuumia pisteitä integroidulla valmistusprosessilla, jotta voimme kerätä lämpöä täsmälleen oikeasta paikasta ja estää sen leviämisen koko piiriin.

Elektroniikassa syntyvän lämmön hallinta on hankala ongelma kun jatkuvana tavoitteena on pienentää kokoa ja pakata mahdollisimman monta transistoria samaan siruun.

EPFL-tutkijat ovat mullistaneet prosessin yhdistämällä kaksi perinteistä lämmönhallinnan suunnitteluvaihetta yhdeksi: he ovat kehittäneet integroidun mikrofluidijäähdytystekniikan yhdessä elektroniikan kanssa, joka pystyy tehokkaasti hallitsemaan transistoreiden tuottamia suuria lämpövirtauksia.

"Halusimme yhdistää sähkö- ja konetekniikan taidot uudenlaisen laitteen luomiseksi", tohtorikoulutettava Remco Van Erp sanoo.

Heidän tekniikkansa perustuu mikronestekanavien integrointiin puolijohdesirun sisään yhdessä elektroniikan kanssa, joten jäähdytysneste virtaa elektronisen sirun sisällä. Jäähdytysnesteenä käytettiin tässä vaiheessa deionisoitua vettä, joka ei johda sähköä.

"Tämän jäähdytystekniikan avulla voimme tehdä elektronisista laitteista vielä kompaktimpia ja vähentää merkittävästi energiankulutusta ympäri maailmaa", professori Elison Matioli sanoo. "Olemme poistaneet suurten ulkoisten jäähdytyselementtien tarpeen ja osoittaneet, että on mahdollista luoda erittäin pienikokoisia tehomuunnospiirejä yhdellä sirulla.

Tutkimustulokset osoittavat lämpövirtoja, jotka ylittävät 1,7 kilowattia neliösenttimetriä kohti. Se saatiin aikaan käyttämällä pumppaustehoa vain 0,57 wattia neliösenttimetriä kohti.

Toinen transistorisuunnittelussa nouseva suuntaus on käyttää arkkitehtuureja, jotka pinoavat osakomponentteja päällekkäin. TMD:llä on potentiaalia näille järjestelmille, koska ne muodostavat helposti ohuita arkkeja, jotka tunnetaan nanonauhoina, joilla on sähköistä, optista ja magneettista aktiivisuutta.

King Abdullah University of Science and Technologyssä (KAUST) on löydetty vaihtoehtoinen lähestymistapa yksikiteisen TMD:n valmistukseen epitaksiaalisen kasvuprosessin tuottamista nanonauhoista.

Vincent Tung ja kollegat kehittävät yhteistyössä kansainvälisten tutkijoiden kanssa Ga2O3-materiaalikerroksien kuorinnan kautta epäsymmetrisiä rakenteita, jotka saattoivat ajaa kasvua tiettyihin suuntiin. Kun Ga2O3-pinnat altistettiin molybdeeni- ja rikkikaasuseokselle, he havaitsivat, että TMD-nanonauhat kiteytyivät pituussuunnassa reunoja pitkin rakenteilla, jotka olivat käytännössä virheettömiä.

"Vuosikymmenien ajan tutkijat ovat pyrkineet kasvattamaan 2D-yksikiteisiä puolijohteita eristeiden päällä mutta tämä työ osoittaa, että substraatin reunojen hallinta onkin avain niiden kasvatukseen", Tung sanoo. Mielenkiintoista, että nanonauhat voidaan vetää irti ja siirtää muille substraateille vahingoittamatta niitä. Suurempi kuva

Ryhmä rakenteli Ga2O3-nanonauhoista transistorin, jonka mittaukset osoittivat, että uusi transistori pystyi toimimaan suurilla nopeuksilla ja sen vahvistustekijät olivat samanlaisia kuin TMD-materiaaleilla, jotka tuotettiin enemmän työvoimaa vaativilla tekniikoilla.

"Tämän ainutlaatuisen ominaisuuden avulla voimme siirtää nanonauhat ulkoisille alustoille moniin käyttötarkoituksiin transistoreihin, antureihin, tekolihaksiin ja aina atominohuisiin aurinkosähköisiin asti."

Aiheista aiemmin:

Nestejäähdytys siirtyy piille

Keinoja ja visioita 2D-materiaalien käytölle