原子分辨率下氮化镓-砷化镓异质结构界面的电子显微镜图像。功劳:H-Lab/ UCLA加州大学洛杉矶分校的工程师展示了一种新型半导体材料成功集成到高功率计算机芯片中，以减少处理器上的热量并提高其性能。这一进步极大地提高了计算机的能效，并使散热超越了目前最好的热管理设备。这项研究由加州大学洛杉矶分校萨缪利工程学院机械和航空航天工程副教授胡永杰领导。自然电子公司最近在这篇文章中发表了这一发现。
多年来，计算机处理器已经缩小到纳米尺度，单个计算机芯片上有数十亿个晶体管。虽然晶体管数量的增加有助于使计算机更快、更强大，但它也在高度浓缩的空间中产生更多热点。如果在运行过程中没有有效的散热方式，计算机处理器就会变慢，从而导致不可靠和低效的计算。此外，计算机芯片上高度集中的热量和飙升的温度需要额外的能量来防止处理器过热。
为了解决这个问题，胡和他的团队在2018年率先开发了一种新型超高热管理材料。研究人员在他们的实验室开发了无缺陷硼砷剂，并发现它比其他已知的金属或半导体材料(如金刚石和碳化硅)更有效地吸收和散热。现在，该团队首次通过将其集成到高功率设备中，成功证明了该材料的有效性。
微芯片封装和使用散热器冷却电子芯片的示意图。功劳:H-Lab/ UCLA在他们的实验中，研究人员使用了带有最先进的宽带隙晶体管的计算机芯片，这种晶体管由氮化镓制成，被称为高电子迁移率晶体管(HEMTs)。当以接近最大容量运行处理器时，使用砷化硼作为散热器的芯片显示出从室温到接近188华氏度的最大热量增加。这明显低于使用金刚石散热的芯片，温度上升到大约278华氏度，或者使用碳化硅的芯片显示温度上升到大约332华氏度。
胡说:“这些结果清楚地表明，与使用传统热管理材料的处理器相比，砷化硼器件可以承受更高的工作功率。“我们的实验是在大多数现有技术都将失败的条件下进行的。这一发展代表了一种新的基准性能，并显示出在大功率电子器件和未来电子封装中的巨大应用潜力。”
根据胡的说法，砷化硼是热管理的理想选择，因为它不仅表现出优异的导热性，而且表现出低的热传输阻力。
“当热量从一种材料穿越到另一种材料的边界时，进入下一种材料的速度通常会有所放缓，”胡说。“我们的砷化硼材料的关键特征是其非常低的热边界电阻。这有点像如果高温只需要跨过路边，而不是跳过一个障碍。”
该团队还开发了磷化硼作为另一种优秀的散热器候选材料。在他们的实验中，研究人员首先演示了使用砷化硼构建半导体结构的方法，然后将这种材料集成到HEMT芯片设计中。成功的演示为行业采用该技术开辟了一条道路。
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
