新型超薄硅納米線可帶來更小、更快的微芯片

2022-05-24 09:19:59來源：cnBeta.COM 關鍵詞：微芯片微型芯片閱讀量：23338

導讀：現(xiàn)代電子產品中的硅是廉價、豐富和良好的電導體。然而它不是一個好的熱導體。而這個問題在裝有數(shù)十億個晶體管的微型芯片中只會被放大。

　　來自加利福尼亞州大學伯克利分校的科學家們已經開發(fā)并展示了一種新型的超薄硅納米線，其散熱性能遠遠優(yōu)于目前使用的技術。這一發(fā)現(xiàn)可能會帶來更小、更快的微芯片，但制造可能是一個問題。

　　現(xiàn)代電子產品中的硅是廉價、豐富和良好的電導體。然而它不是一個好的熱導體。而這個問題在裝有數(shù)十億個晶體管的微型芯片中只會被放大。

　　正如伯克利實驗室所說的那樣，天然硅是由三種主要的同位素組成。大約92%由同位素硅-28組成，剩余的5%和3%分別為硅-29和硅-30。

　　長期以來，人們一直認為用純硅-28制成的芯片可以更好地導熱并可能生產出更快和更密集的電子產品。這在2000年代中期進行了測試，但單晶樣品的導熱性能只提高了10%。簡單地說，為了這么小的收益而制造同位素純硅是不值得的，所以剩余的硅同位素材料被儲存在伯克利實驗室以備其他科學家有朝一日會用到它。

　　幾年前，這種情況就出現(xiàn)了。

　　伯克利的科學家們正在試圖想出改善芯片傳熱的方法，另外他們還想知道由純硅-28制成的納米線是否會有幫助。他們跟儲存材料的所有者取得聯(lián)系并獲得了足夠的測試材料。

　　第一次測試涉及1毫米大小的散裝硅-28晶體，其結果反映了幾年前實現(xiàn)的10%的改進。然后，該團隊使用一種稱為無電解蝕刻的工藝來制作直徑僅為90納米(十億分之一米)的天然硅和硅-28納米線，或比一縷人類頭發(fā)薄約1000倍。

　　科學家們預計比以前的結果有增量，但他們震驚地看到，純納米線的導熱性竟然比天然硅納米線好150%。

　　在電子顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，研究人員在硅-28納米線的表面看到了一層玻璃狀的二氧化硅。計算模擬實驗進一步指出，當沒有硅-29和硅-30的情況下，聲子無法逃到表面，在那里它們會被減慢。

　　聲子被描述為原子振動的波，它在硅中攜帶熱量。當遇到具有不同原子質量的硅-29或硅-30時，聲子會被混淆并減慢速度進而阻礙熱傳遞。對于純硅-28來說，這不再是一個問題。

　　研究負責人Junqiao Wu說道：“發(fā)現(xiàn)兩個獨立的聲子阻斷機制--表面跟同位素，以前被認為是相互獨立的--現(xiàn)在協(xié)同工作，這使我們在熱傳導中受益，這非常令人驚訝，但也非常令人高興。”

　　研究小組表示，他們的下一個目標是確定他們是否能控制，而非簡單地測量純硅納米線的熱傳導。

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