Heat-Management-Material hält Computer kühl

Computerprozessoren sind im Laufe der Jahre auf Nanometermaßstab geschrumpft, wobei Milliarden von Transistoren auf einem einzigen Computerchip sitzen. Während die erhöhte Anzahl von Transistoren dazu beiträgt, Computer schneller und leistungsfähiger zu machen, erzeugt sie auch mehr Hotspots auf engstem Raum. Ohne eine effiziente Methode zur Wärmeableitung während des Betriebs verlangsamen sich Computerprozessoren und führen zu unzuverlässiger und ineffizienter Datenverarbeitung. Darüber hinaus erfordern die hochkonzentrierte Wärme und die steigenden Temperaturen auf Computerchips zusätzliche Energie, um eine Überhitzung der Prozessoren zu verhindern.

Es wurde ein Material mit ultrahohem Wärmemanagement – ​​defektfreies Borarsenid – entwickelt, das Wärme effektiver ableitet und ableitet als andere bekannte Metall- oder Halbleitermaterialien wie Diamant und Siliziumkarbid. Die Forscher integrierten das Material in Computerchips mit hochmodernen Wide-Band-Gap-Transistoren aus Galliumnitrid, die als High-Electron-Mobility Transistors (HEMTs) bezeichnet werden.

Beim Betrieb der Prozessoren mit nahezu maximaler Kapazität zeigten Chips, die Borarsenid als Wärmeverteiler verwendeten, einen maximalen Wärmeanstieg von Raumtemperatur auf fast 188 °F. Dies ist deutlich niedriger als bei Chips, die Diamant zur Wärmeverteilung verwenden, wobei die Temperaturen auf etwa 278 ° F steigen, oder bei Chips mit Siliziumkarbid, die einen Wärmeanstieg auf etwa 332 ° F zeigen.

Diese Ergebnisse zeigen deutlich, dass Bor-Arsenid-Bauelemente eine viel höhere Betriebsleistung aufrechterhalten können als Prozessoren, die herkömmliche Wärmemanagementmaterialien verwenden. Borarsenid ist ideal für das Wärmemanagement, da es nicht nur eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit, sondern auch einen geringen Wärmetransportwiderstand aufweist. Wenn Wärme eine Grenze von einem Material zum anderen überschreitet, gibt es normalerweise eine gewisse Verlangsamung, um in das nächste Material zu gelangen. Das Material Borarsenid hat einen sehr geringen thermischen Grenzwiderstand.

Das Team hat außerdem Borphosphid als weiteren hervorragenden Wärmeverteilerkandidaten entwickelt. Während ihrer Experimente zeigten die Forscher zunächst den Weg zum Aufbau einer Halbleiterstruktur unter Verwendung von Borarsenid und integrierten das Material dann in ein HEMT-Chipdesign.

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