ເປັນຫຍັງຊິບທີ່ທັນສະໄໝຈຶ່ງຮ້ອນ

ໃນຂະນະທີ່ທຣານຊິດເຕີຂະໜາດນາໂນປ່ຽນໄປໃນອັດຕາກິກະເຮີດ, ເອເລັກຕຣອນຈະແລ່ນຜ່ານວົງຈອນ ແລະ ສູນເສຍພະລັງງານເປັນຄວາມຮ້ອນ - ຄວາມຮ້ອນດຽວກັນທີ່ທ່ານຮູ້ສຶກເມື່ອຄອມພິວເຕີໂນດບຸກ ຫຼື ໂທລະສັບຮ້ອນຂຶ້ນຢ່າງບໍ່ສະບາຍ. ການບັນຈຸທຣານຊິດເຕີຫຼາຍຂຶ້ນໃສ່ຊິບຈະເຮັດໃຫ້ມີພື້ນທີ່ໜ້ອຍລົງເພື່ອກຳຈັດຄວາມຮ້ອນນັ້ນອອກ. ແທນທີ່ຈະແຜ່ລາມໄປທົ່ວຊິລິໂຄນຢ່າງທົ່ວເຖິງ, ຄວາມຮ້ອນຈະສະສົມເຂົ້າໄປໃນຈຸດຮ້ອນທີ່ສາມາດຮ້ອນກວ່າພື້ນທີ່ອ້ອມຂ້າງຫຼາຍສິບອົງສາ. ເພື່ອຫຼີກເວັ້ນຄວາມເສຍຫາຍ ແລະ ການສູນເສຍປະສິດທິພາບ, ລະບົບຈະຫຼຸດ CPU ແລະ GPU ເມື່ອອຸນຫະພູມເພີ່ມຂຶ້ນ.

ຂອບເຂດຂອງສິ່ງທ້າທາຍດ້ານຄວາມຮ້ອນ

ສິ່ງທີ່ເລີ່ມຕົ້ນເປັນການແຂ່ງຂັນເພື່ອຫຍໍ້ຂະໜາດໄດ້ກາຍເປັນການຕໍ່ສູ້ດ້ວຍຄວາມຮ້ອນໃນທົ່ວທຸກອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກ. ໃນການຄຳນວນ, ປະສິດທິພາບເຮັດໃຫ້ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານສູງຂຶ້ນ (ເຊີບເວີແຕ່ລະເຄື່ອງສາມາດນຳໃຊ້ໄດ້ຫຼາຍສິບກິໂລວັດ). ໃນການສື່ສານ, ທັງວົງຈອນດິຈິຕອນ ແລະ ອະນາລັອກຕ້ອງການພະລັງງານຂອງທຣານຊິດເຕີທີ່ສູງຂຶ້ນສຳລັບສັນຍານທີ່ແຮງກວ່າ ແລະ ຂໍ້ມູນທີ່ໄວຂຶ້ນ. ໃນເອເລັກໂຕຣນິກພະລັງງານ, ປະສິດທິພາບທີ່ດີກວ່າແມ່ນຖືກຈຳກັດເພີ່ມຂຶ້ນໂດຍຂໍ້ຈຳກັດດ້ານຄວາມຮ້ອນ.

ຍຸດທະສາດທີ່ແຕກຕ່າງ: ກະຈາຍຄວາມຮ້ອນພາຍໃນຊິບ

ແທນທີ່ຈະປ່ອຍໃຫ້ຄວາມຮ້ອນເຂັ້ມຂຸ້ນ, ແນວຄວາມຄິດທີ່ດີຄືການເຈືອຈາງມັນຢູ່ພາຍໃນຊິບເອງ - ຄືກັບການຖອກນ້ຳຕົ້ມໃສ່ສະລອຍນ້ຳ. ຖ້າຄວາມຮ້ອນແຜ່ລາມໄປບ່ອນທີ່ມັນຖືກສ້າງຂຶ້ນ, ອຸປະກອນທີ່ຮ້ອນທີ່ສຸດຈະເຢັນລົງ ແລະ ເຄື່ອງເຮັດຄວາມເຢັນແບບດັ້ງເດີມ (ເຄື່ອງລະບາຍຄວາມຮ້ອນ, ພັດລົມ, ທໍ່ລະບາຍນ້ຳ) ຈະເຮັດວຽກໄດ້ຢ່າງມີປະສິດທິພາບຫຼາຍຂຶ້ນ. ສິ່ງນີ້ຕ້ອງການວັດສະດຸປ້ອງກັນໄຟຟ້າ, ມີຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນສູງປະສົມປະສານພຽງແຕ່ນາໂນແມັດຈາກທຣານຊິດເຕີທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວໂດຍບໍ່ມີການລົບກວນຄຸນສົມບັດທີ່ລະອຽດອ່ອນຂອງມັນ. ຜູ້ສະໝັກທີ່ບໍ່ຄາດຄິດຄົນໜຶ່ງເໝາະສົມກັບຮ່າງກົດໝາຍນີ້:ເພັດ.

ເປັນຫຍັງຕ້ອງໃຊ້ເພັດ?

ເພັດແມ່ນໜຶ່ງໃນບັນດາຕົວນຳຄວາມຮ້ອນທີ່ດີທີ່ສຸດທີ່ຮູ້ຈັກ - ສູງກວ່າທອງແດງຫຼາຍເທົ່າ - ໃນຂະນະດຽວກັນກໍ່ເປັນຕົວກັນໄຟຟ້າ. ຂໍ້ດີແມ່ນການລວມເຂົ້າກັນ: ວິທີການປູກແບບທຳມະດາຕ້ອງການອຸນຫະພູມປະມານ ຫຼື ສູງກວ່າ 900–1000 °C, ເຊິ່ງຈະທຳລາຍວົງຈອນທີ່ກ້າວໜ້າ. ຄວາມກ້າວໜ້າຫຼ້າສຸດສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າເພັດຫຼາຍຜລຶກຟິມ (ໜາພຽງແຕ່ສອງສາມໄມໂຄຣແມັດ) ສາມາດປູກໄດ້ທີ່ອຸນຫະພູມຕ່ຳກວ່າຫຼາຍເໝາະສຳລັບອຸປະກອນສຳເລັດຮູບ.

ເຄື່ອງເຮັດຄວາມເຢັນໃນປະຈຸບັນ ແລະ ຂໍ້ຈຳກັດຂອງມັນ

ການລະບາຍຄວາມຮ້ອນແບບສາຍຫຼັກແມ່ນສຸມໃສ່ການລະບາຍຄວາມຮ້ອນ, ພັດລົມ ແລະ ວັດສະດຸເຊື່ອມຕໍ່ທີ່ດີກວ່າ. ນັກຄົ້ນຄວ້າຍັງສຳຫຼວດການລະບາຍຄວາມຮ້ອນຂອງແຫຼວແບບຈຸນລະພາກ, ວັດສະດຸປ່ຽນໄລຍະ, ແລະ ແມ່ນແຕ່ການຈຸ່ມເຊີບເວີໃນຂອງແຫຼວທີ່ນຳຄວາມຮ້ອນ ແລະ ເປັນສານກັນໄຟຟ້າ. ເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນຂັ້ນຕອນທີ່ສຳຄັນ, ແຕ່ພວກມັນອາດຈະມີຂະໜາດໃຫຍ່, ລາຄາແພງ, ຫຼື ບໍ່ເໝາະສົມກັບອຸປະກອນທີ່ກຳລັງພັດທະນາໃໝ່.ຊ້ອນກັນ 3Dສະຖາປັດຕະຍະກຳຊິບ, ບ່ອນທີ່ຊິລິໂຄນຫຼາຍຊັ້ນມີພຶດຕິກຳຄືກັບ "ຕຶກສູງ". ໃນການວາງຊ້ອນກັນດັ່ງກ່າວ, ທຸກໆຊັ້ນຕ້ອງປ່ອຍຄວາມຮ້ອນອອກ; ຖ້າບໍ່ດັ່ງນັ້ນຈຸດຮ້ອນຈະຖືກກັກຂັງຢູ່ພາຍໃນ.

ວິທີການປູກເພັດທີ່ເປັນມິດກັບອຸປະກອນ

ເພັດຜລຶກດ່ຽວມີຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນທີ່ດີເລີດ (≈2200–2400 W m⁻¹ K⁻¹, ປະມານຫົກເທົ່າຂອງທອງແດງ). ຟິມໂພລີຄຣິສຕາລິນທີ່ເຮັດງ່າຍກວ່າສາມາດເຂົ້າໃກ້ຄ່າເຫຼົ່ານີ້ໄດ້ເມື່ອໜາພຽງພໍ - ແລະຍັງດີກ່ວາທອງແດງເຖິງແມ່ນວ່າຈະບາງກວ່າກໍຕາມ. ການວາງໄອນ້ຳທາງເຄມີແບບດັ້ງເດີມຈະປະຕິກິລິຍາມີເທນ ແລະ ໄຮໂດຣເຈນທີ່ອຸນຫະພູມສູງ, ປະກອບເປັນຖັນນາໂນເພັດແນວຕັ້ງທີ່ຕໍ່ມາລວມເຂົ້າກັນເປັນຟິມ; ໃນເວລານັ້ນຊັ້ນຈະໜາ, ມີຄວາມກົດດັນ, ແລະ ມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະແຕກ.
ການເຕີບໂຕໃນອຸນຫະພູມຕ່ຳຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີສູດທີ່ແຕກຕ່າງ. ການຫຼຸດຄວາມຮ້ອນລົງພຽງແຕ່ເຮັດໃຫ້ໄດ້ຂີ້ເທົ່າທີ່ນຳໄຟຟ້າໄດ້ແທນທີ່ຈະເປັນເພັດທີ່ເປັນฉนวน.ອົກຊີເຈນສະກັດຄາບອນທີ່ບໍ່ແມ່ນເພັດຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງ, ເຮັດໃຫ້ເພັດ polycrystalline ເມັດໃຫຍ່ທີ່ ~400 °C, ອຸນຫະພູມທີ່ເຂົ້າກັນໄດ້ກັບວົງຈອນປະສົມປະສານທີ່ກ້າວໜ້າ. ສິ່ງສຳຄັນບໍ່ແພ້ກັນ, ຂະບວນການນີ້ສາມາດເຄືອບບໍ່ພຽງແຕ່ພື້ນຜິວທີ່ນອນເທົ່ານັ້ນ ແຕ່ຍັງຝາຂ້າງ, ເຊິ່ງມີຄວາມສຳຄັນສຳລັບອຸປະກອນ 3D ໂດຍທຳມະຊາດ.

ຄວາມຕ້ານທານຂອບເຂດຄວາມຮ້ອນ (TBR): ຄໍຂວດຂອງໂຟນອນ

ຄວາມຮ້ອນໃນຂອງແຂງຖືກນຳໂດຍໂຟນອນ(ການສັ່ນສະເທືອນຂອງແລດຊີຕຕິກທີ່ມີປະລິມານ). ຢູ່ຈຸດເຊື່ອມຕໍ່ຂອງວັດສະດຸ, ໂຟນອນສາມາດສະທ້ອນ ແລະ ລວມຕົວກັນ, ສ້າງຄວາມຕ້ານທານຂອບເຂດຄວາມຮ້ອນ (TBR)ທີ່ຂັດຂວາງການໄຫຼວຽນຂອງຄວາມຮ້ອນ. ວິສະວະກຳການໂຕ້ຕອບພະຍາຍາມຫຼຸດ TBR, ແຕ່ທາງເລືອກແມ່ນຖືກຈຳກັດໂດຍຄວາມເຂົ້າກັນໄດ້ຂອງເຄິ່ງຕົວນຳ. ໃນບາງການໂຕ້ຕອບ, ການປະສົມເຂົ້າກັນສາມາດສ້າງເປັນບາງໆຊິລິກອນຄາໄບ (SiC)ຊັ້ນທີ່ກົງກັບສະເປກຕຣຳໂຟນອນທັງສອງດ້ານໄດ້ດີກວ່າ, ເຮັດໜ້າທີ່ເປັນ "ຂົວ" ແລະ ຫຼຸດຜ່ອນ TBR—ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງປັບປຸງການຖ່າຍໂອນຄວາມຮ້ອນຈາກອຸປະກອນໄປສູ່ເພັດ.

ຕຽງທົດສອບ: GaN HEMTs (ທຣານຊິດເຕີຄວາມຖີ່ວິທະຍຸ)

ທຣານຊິດເຕີທີ່ມີການເຄື່ອນທີ່ຂອງເອເລັກຕຣອນສູງ (HEMT) ໂດຍອີງໃສ່ກະແສໄຟຟ້າຄວບຄຸມແກລຽມໄນໄຕຣດໃນອາຍແກັສເອເລັກຕຣອນ 2D ແລະ ມີຄ່າຫຼາຍສຳລັບການປະຕິບັດງານທີ່ມີຄວາມຖີ່ສູງ ແລະ ພະລັງງານສູງ (ລວມທັງແຖບ X ≈8–12 GHz ແລະ ແຖບ W ≈75–110 GHz). ເນື່ອງຈາກຄວາມຮ້ອນຖືກສ້າງຂຶ້ນໃກ້ກັບໜ້າດິນຫຼາຍ, ພວກມັນເປັນໂພຣບທີ່ດີເລີດຂອງຊັ້ນທີ່ແຜ່ກະຈາຍຄວາມຮ້ອນໃນສະຖານທີ່. ເມື່ອເພັດບາງໆຫຸ້ມຫໍ່ອຸປະກອນ - ລວມທັງຝາຂ້າງ - ອຸນຫະພູມຂອງຊ່ອງທາງໄດ້ຖືກສັງເກດເຫັນວ່າຫຼຸດລົງ.~70 °C, ໂດຍມີການປັບປຸງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໃນຫ້ອງລະບາຍຄວາມຮ້ອນທີ່ພະລັງງານສູງ.

ເພັດໃນ CMOS ແລະ 3D stacks

ໃນການຄິດໄລ່ຂັ້ນສູງ,ການວາງຊ້ອນກັນແບບ 3Dເພີ່ມຄວາມໜາແໜ້ນ ແລະ ປະສິດທິພາບໃນການເຊື່ອມໂຍງ ແຕ່ສ້າງບັນຫາທາງຄວາມຮ້ອນພາຍໃນບ່ອນທີ່ເຄື່ອງເຮັດຄວາມເຢັນພາຍນອກແບບດັ້ງເດີມມີປະສິດທິພາບໜ້ອຍທີ່ສຸດ. ການປະສົມປະສານເພັດກັບຊິລິໂຄນສາມາດຜະລິດສິ່ງທີ່ເປັນປະໂຫຍດໄດ້ອີກຄັ້ງຊັ້ນກາງ SiC, ເຮັດໃຫ້ມີການໂຕ້ຕອບຄວາມຮ້ອນທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງ.
ສະຖາປັດຕະຍະກຳທີ່ສະເໜີມາອັນໜຶ່ງແມ່ນໂຄງສ້າງຄວາມຮ້ອນແຜ່ນເພັດບາງໆຂະໜາດນາໂນແມັດທີ່ຝັງຢູ່ເທິງທຣານຊິດເຕີພາຍໃນໄດອີເລັກຕຣິກ, ເຊື່ອມຕໍ່ໂດຍຈຸດຄວາມຮ້ອນແນວຕັ້ງ (“ເສົາຄວາມຮ້ອນ”)ເຮັດດ້ວຍທອງແດງ ຫຼື ເພັດເພີ່ມເຕີມ. ເສົາເຫຼົ່ານີ້ສົ່ງຄວາມຮ້ອນຈາກຊັ້ນໜຶ່ງໄປຫາອີກຊັ້ນໜຶ່ງຈົນກວ່າມັນຈະໄປຮອດເຄື່ອງເຮັດຄວາມເຢັນພາຍນອກ. ການຈຳລອງທີ່ມີປະລິມານວຽກທີ່ເປັນຈິງສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າໂຄງສ້າງດັ່ງກ່າວສາມາດຫຼຸດຜ່ອນອຸນຫະພູມສູງສຸດໄດ້ໂດຍເຖິງລຳດັບຄວາມສຳຄັນໃນການວາງຊ້ອນກັນຂອງຫຼັກຖານແນວຄວາມຄິດ.

ສິ່ງທີ່ຍັງຫຍຸ້ງຍາກຢູ່

ສິ່ງທ້າທາຍຫຼັກໆລວມມີການເຮັດໜ້າຜິວດ້ານເທິງຂອງເພັດຮາບພຽງແບບອະຕອມສຳລັບການເຊື່ອມໂຍງທີ່ບໍ່ມີຂໍ້ບົກຜ່ອງກັບການເຊື່ອມຕໍ່ທີ່ຊ້ອນກັນ ແລະ ໄດອີເລັກຕຣິກ, ແລະ ຂະບວນການກັ່ນຕອງ ດັ່ງນັ້ນຟິມບາງໆຈຶ່ງຮັກສາຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນທີ່ດີເລີດໂດຍບໍ່ມີການກົດດັນຕໍ່ວົງຈອນທີ່ຕິດພັນ.

ແນວໂນ້ມ

ຖ້າວິທີການເຫຼົ່ານີ້ສືບຕໍ່ເຕີບໃຫຍ່ຂະຫຍາຍຕົວ,ການແຜ່ຄວາມຮ້ອນຂອງເພັດໃນຊິບສາມາດຜ່ອນຄາຍຂໍ້ຈຳກັດທາງຄວາມຮ້ອນໃນ CMOS, RF, ແລະເອເລັກໂຕຣນິກພະລັງງານໄດ້ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ - ຊ່ວຍໃຫ້ມີປະສິດທິພາບສູງຂຶ້ນ, ຄວາມໜ້າເຊື່ອຖືສູງຂຶ້ນ, ແລະການເຊື່ອມໂຍງ 3D ທີ່ໜາແໜ້ນກວ່າໂດຍບໍ່ມີການລົງໂທດທາງຄວາມຮ້ອນຕາມປົກກະຕິ.