Die Vereinigten Staaten entwickeln Halbleitermaterialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit, um die Chiperwärmung zu unterdrücken.
Mit der Erhöhung der Anzahl der Transistoren im Chip verbessert sich die Rechenleistung des Computers immer weiter, allerdings entstehen durch die hohe Verdichtung auch viele Hotspots.
Ohne geeignete Wärmemanagementtechnologie gibt es neben einer Verlangsamung der Betriebsgeschwindigkeit des Prozessors und einer Verringerung der Zuverlässigkeit auch Gründe für die Verhinderung von Überhitzung und den Bedarf an zusätzlicher Energie, was zu Problemen mit der Energieineffizienz führt. Um dieses Problem zu lösen, entwickelte die University of California, Los Angeles im Jahr 2018 ein neues Halbleitermaterial mit extrem hoher Wärmeleitfähigkeit, das aus defektfreiem Borarsenid und Borphosphid besteht und bestehenden Wärmeableitungsmaterialien wie z Diamant und Siliziumkarbid. Verhältnis mit mehr als dem Dreifachen der Wärmeleitfähigkeit.
Im Juni 2021 nutzte die University of California, Los Angeles, neue Halbleitermaterialien in Kombination mit Hochleistungs-Computerchips, um die Wärmeentwicklung der Chips erfolgreich zu unterdrücken und so die Computerleistung zu verbessern. Das Forschungsteam fügte den Borarsenid-Halbleiter zwischen dem Chip und dem Kühlkörper als Kombination aus Kühlkörper und Chip ein, um den Wärmeableitungseffekt zu verbessern, und führte Untersuchungen zur Wärmemanagementleistung des tatsächlichen Geräts durch.
Nach der Bindung des Borarsenid-Substrats an den Galliumnitrid-Halbleiter mit breiter Energielücke wurde bestätigt, dass die Wärmeleitfähigkeit der Galliumnitrid/Borarsenid-Grenzfläche bis zu 250 MW/m2K betrug und der thermische Widerstand der Grenzfläche ein extrem niedriges Niveau erreichte. Das Borarsenid-Substrat wird außerdem mit einem fortschrittlichen Transistorchip mit hoher Elektronenmobilität kombiniert, der aus Aluminiumgalliumnitrid/Galliumnitrid besteht, und es wird bestätigt, dass der Wärmeableitungseffekt deutlich besser ist als der von Diamant oder Siliziumkarbid.
Das Forschungsteam betrieb den Chip mit maximaler Kapazität und maß den Hotspot von Raumtemperatur bis zur höchsten Temperatur. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die Temperatur des Diamant-Kühlkörpers 137 °C beträgt, die des Siliziumkarbid-Kühlkörpers 167 °C und die des Borarsenid-Kühlkörpers nur 87 °C. Die hervorragende Wärmeleitfähigkeit dieser Grenzfläche beruht auf der einzigartigen phononischen Bandstruktur von Borarsenid und der Integration der Grenzfläche. Das Borarsenidmaterial verfügt nicht nur über eine hohe Wärmeleitfähigkeit, sondern auch über einen geringen thermischen Grenzflächenwiderstand.
Es kann als Kühlkörper verwendet werden, um eine höhere Betriebsleistung des Geräts zu erreichen. Es wird erwartet, dass es in Zukunft in der drahtlosen Kommunikation über große Entfernungen und mit hoher Kapazität eingesetzt wird. Es kann im Bereich der Hochfrequenz-Leistungselektronik oder der elektronischen Verpackung eingesetzt werden.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 08.08.2022