اخبار و مقالات :: فناوری اطلاعات و عمومی

راه حلی بهینه برای کنترل و دفع گرمای مدارات الکترونیکی نسل آینده

۱۴۴۶ شماره اطلاع نامه : راه حلی بهینه برای کنترل و دفع گرمای مدارات الکترونیکی نسل آینده ۱۳۹۴/۰۵/۰۲ راه حلی بهینه برای کنترل و دفع گرمای مدارات الکترونیکی نسل آینده فناوری اطلاعات و عمومی :: اخبار و مقالات راه حلی بهینه برای کنترل و دفع گرمای مدارات الکترونیکی نسل آینده

راه حلی بهینه برای کنترل و دفع گرمای مدارات الکترونیکی نسل آینده

اتلاف گرما (Heat Dissipation) یا کنترل گرمای تولید شده در مدار و هدایت آن به خارج از چالش های اساسی صنعت الکترونیک است. محققان به تازگی موفق شده اند ساختار سه بعدی پیچیده ای از یک ماده دو بعدی ارائه دهند که گرافن سفید نامیده می شود و ممکن است راه حلی برای این مساله باشد.

اصولا گرافن یک ساختاری دوبعدی به ضخامت یک اتم است که اتم های کربن را در شبکه ای شش ضلعی در خود جای داده است. قابلیت های انتقال حرارت آن شگفت انگیز است و در عین حال رسانای بسیار خوبی برای الکتریسیته نیز محسوب می شود. از سوی دیگر بورون-نیتراید شش ضلعی (h-BN) نیز از آن جا که ضخامتی معادل یک اتم دارد به گرافن شبیه است با این تفاوت که این ماده عایق الکتریسیته است. این خاصیت باعث می شود احتمال مفید بودن این ساختارها در کنترل جریان گرما در ادوات الکترونیکی افزایش یابد.

محققین راه حلی سه بعدی برای مدیریت گرما در ادوات دو بعدی الکترونیکی نسل آینده ارائه کرده اند و همچنین عملکرد آن را به شیوه های محاسباتی مورد سنجش قرار داده اند. معمولا انتظار می رود گرما به سرعت و بازدهی بالا از سیستم خارج شود بدون اینکه به ساختارهای پیچیده نیازی باشد اما از آن جا که الکترونیک امروزی با کاهش ضخامت لایه ها به یک یا چند اتم به سمت دوبعدی شدن پیش می رود، جریان گرما صرفا در راستای یک صفحه برقرار خواهد بود و این مساله باعث کاهش هدایت گرمایی در مسیر خارج از این صفحه و در نتیجه اختلال در انتقال حرارت می شود که عملکرد مدارهای الکترونیکی سرعت بالا را محدود می سازد و تا کنون راهکار مناسبی برای حل آن پیشنهاد نشده است.

هنگامی که از گرما صحبت می شود ناخودآگاه پای مفهومی به نام فونون هم به میان می آید. اگر یک فوتون را یک تحریک کوانتیزه شده ی میدان الکترومغناطیسی بدانیم، آن گاه فونون نامی است که به تحریک کوانتیزه شده ی حرکت لرزشی اتم ها اطلاق می شود. جالب اینجاست که فونون یک ذره نبوده و یک شبه ذره محسوب می شود که تنها در حالت لرزشی وجود خواهد داشت. با وجود اینکه در h-BN این فونون می تواند به صورت بالستیکی در سطح صفحات تخت دو بعدی حرکت کند مساله حرکت بین صفحات همچنان باقی است.

آنچه محققین دانشگاه Rice توانستند نشان دهند آن بود که ساختارهای سه بعدی صفحات h-BN که توسط نانوتیوب های بورون-نیتراید به یک دیگر متصل شده باشند می توانند گرما را نه تنها در سطح صفخات دو بعدی بلکه در تمامی جهات منتقل کنند. محققین برای دست یابی یه مشخصات انتقال گرمای بهینه ساختارهای متعددی با ابعاد هندسی متفاوت را مدلسازی و مورد آزمایش قرار دادند. ترکیب صفحات تک اتمی دو بعدی با نانوتیوب ها راهی برای انتقال گرما به تمامی جهات مطلوب فراهم می آورد که به موقعیت و طراحی شبکه سه بعدی نهایی بستگی دارد.

آنچه محققین مشاهده کردند این بود که با وجود آنکه پیوند بین صفحات دو بعدی و نانوتیوب ها باعث کاهش جریان گرما شد، نانوتویب های بلند تر انتقال گرمای بیشتری بین لایه ها را میسر می ساخت در حالی که نانوتیوب های کوتاه تر هدایت گرمایی را کند می کرد. پیوندهای بین ستون ها و صفحات تا حد زیادی شبیه به چراغ های زرد کنترل ترافیک عمل می کنند که بدون توقف کامل، حرکت فونون ها بین لایه های مختلف را به طور قابل ملاحظه ای کند می کنند.

این کار پژوهشی در زمینه خواص انعطاف پذیر با گرمای بورون-نیتراید که ممکن است به استفاده از آن به عنوان عنصری مکمل در انتقال سه بعدی گرما در ساختارهای دو بعدی الکترونیکی منجر شود، یکی از اولین تلاش ها در این حوزه به شمار می رود. به لطف پایداری بالای شیمیایی و گرمایی آن، بعید به نظر می رسد مجتمع سازی چنین ساختارهایی درون معماری های پیشرفته الکترونیک امروز کار مشکلی باشد اما چالش بعدی ساخت و تولید چنین ساختارهایی چه به صورت منزوی و یا در ترکیب با فناوری CMOS رایج است.

شهر سخت افزار