Nahoana no mafana be ny "chips" maoderina

Rehefa miova amin'ny hafainganam-pandeha gigahertz ny transistors amin'ny ambaratonga nano, dia mihazakazaka mamaky ny faritra ny elektrôna ary very angovo toy ny hafanana—hafanana mitovy amin'ny tsapanao rehefa mafana loatra ny solosaina finday na finday. Ny fametrahana transistors bebe kokoa ao anaty puce dia mamela toerana kely kokoa hanesorana izany hafanana izany. Tsy miparitaka mitovy amin'ny silikônina ny hafanana, fa miangona ao anaty toerana mafana izay mety ho am-polony degre mahery kokoa noho ny faritra manodidina. Mba hisorohana ny fahasimbana sy ny fihenan'ny fahombiazana, dia mampihena ny CPU sy GPU ny rafitra rehefa miakatra ny mari-pana.

Ny sehatry ny fanamby ara-thermal

Izay nanomboka ho fifaninanana ho an'ny fanalefahana dia lasa ady amin'ny hafanana amin'ny elektronika rehetra. Amin'ny informatika, ny fahombiazana dia manosika ny hakitroky ny herinaratra ho ambony kokoa (ny mpizara tsirairay dia afaka mampiasa am-polony kilowatts). Amin'ny fifandraisana, na ny faritra nomerika na ny analog dia mitaky hery transistor ambony kokoa mba hahazoana famantarana matanjaka kokoa sy angon-drakitra haingana kokoa. Amin'ny elektronika herinaratra, ny fahombiazana tsara kokoa dia voafetra hatrany noho ny fetran'ny hafanana.

Tetika hafa: manaparitaka hafanana ao anatin'ny puce

Hevitra mampanantena ny tsy hamelana ny hafanana hifantoka, fa nyhiovaao anatin'ilay puce mihitsy—toy ny fandrarahana rano mangotraka iray kaopy ao anaty dobo filomanosana. Raha miparitaka tsara eo amin'ny toerana iaviany ny hafanana, dia mijanona ho mangatsiaka kokoa ireo fitaovana mafana indrindra ary miasa tsara kokoa ireo fampangatsiahana mahazatra (heat sinks, mpankafy, liquid loops). Izany dia mitakyfitaovana manana conductivity mafana avo lenta, miaro amin'ny herinaratranampiditra nanometera fotsiny avy amin'ny transistors mavitrika tsy nanelingelina ny toetrany marefo. Misy kandidà tsy nampoizina mifanaraka amin'ity volavolan-dalàna ity:Diamond.

Nahoana no diamondra?

Anisan'ny mpitarika hafanana tsara indrindra fantatra ny diamondra—avo kokoa noho ny varahina imbetsaka—saingy sady mpanala herinaratra ihany koa. Ny olana dia ny fampidirana: ny fomba fitomboana mahazatra dia mitaky mari-pana manodidina ny 900–1000 °C na mihoatra, izay mety hanimba ny fizaran-tany mandroso. Ny fandrosoana vao haingana dia mampiseho fa ny manifydiamondra polikristalinaazo ambolena amin'nymari-pana ambany kokoamety amin'ny fitaovana vita.

Ireo vata fampangatsiahana ankehitriny sy ny fetrany

Mifantoka amin'ny fanafanana hafanana, mpankafy ary fitaovana interface tsara kokoa ny fampangatsiahana mahazatra. Mikaroka ihany koa ireo mpikaroka momba ny fampangatsiahana ranoka mikraoba, fitaovana miovaova dingana, ary na dia ny fandevenana ireo mpizara ao anaty ranoka mitondra hafanana sy manasaraka herinaratra aza. Dingana manan-danja ireo, saingy mety ho goavana, lafo vidy, na tsy mifanaraka amin'ny teknolojia vao misondrotra.3D-mifatratramaritrano puce, izay misy sosona silikônina maromaro miasa toy ny "tranobe avo". Ao anatin'ny antontam-bato toy izany, ny sosona tsirairay dia tsy maintsy mamoaka hafanana; raha tsy izany dia voafandrika ao anatiny ny toerana mafana.

Ahoana ny fomba fambolena diamondra mora ampiasaina amin'ny fitaovana

Ny diamondra kristaly tokana dia manana conductivity mafana miavaka (≈2200–2400 W m⁻¹ K⁻¹, eo amin'ny in-enina eo ho eo noho ny varahina). Ny sarimihetsika polykristalinina mora kokoa atao dia afaka manakaiky ireo sanda ireo rehefa matevina tsara—ary mbola tsara kokoa noho ny varahina na dia manify kokoa aza. Ny fametrahana etona simika nentim-paharazana dia mihetsika amin'ny metana sy hidrôzenina amin'ny mari-pana avo, ka mamorona nanotsanganana diamondra mitsangana izay miray hina ho sarimihetsika any aoriana; amin'izay fotoana izay dia matevina, voahenjana ary mora vaky ny sosona.
Ny fitomboana amin'ny mari-pana ambany dia mitaky fomba fahandro hafa. Ny fampihenana ny hafanana fotsiny dia miteraka setroka mpitondra fa tsy manasaraka ny diamondra. Ny fampidiranaoksizeninamanodina tsy tapaka ny karbônina tsy diamondra, ka ahafahanadiamondra polikristalinina lehibe amin'ny ~400 °C, mari-pana mifanaraka amin'ny circuit integré mandroso. Zava-dehibe ihany koa ny hoe afaka mandrakotra tsy ny velarana mitsivalana ihany ity dingana ity fa koatakela-barahina, izay zava-dehibe ho an'ny fitaovana 3D efa misy.

Fanoherana ny sisin-tany mafana (TBR): ny sakana amin'ny phonon

Ny hafanana ao anaty zavatra mivaingana dia entin'nyfonona(hovitrovitra amin'ny tambajotra voaisa). Eo amin'ny fifandraisan'ny fitaovana, ny phonons dia afaka mitaratra sy miangona, ka mamoronafanoherana ny sisin-tany mafana (TBR)izay manakana ny fikorianan'ny hafanana. Ny injeniera interface dia mikatsaka ny hampihena ny TBR, saingy voafetra ny safidy noho ny fifanarahana amin'ny semiconductor. Amin'ny interface sasany, ny intermixing dia mety hamorona manifykarbida silikônina (SiC)sosona izay mifanaraka tsara kokoa amin'ny spektra phonon amin'ny andaniny roa, miasa toy ny "tetezana" ary mampihena ny TBR—ka manatsara ny famindrana hafanana avy amin'ny fitaovana mankany amin'ny diamondra.

Toerana fitsapana: GaN HEMTs (transistors radio-frequency)

Transistor avo lenta amin'ny fivezivezen'ny elektrôna (HEMT) mifototra amin'ny fikorianan'ny herinaratra gallium nitride ao anaty entona elektrôna 2D ary sarobidy amin'ny fampiasana matetika avo lenta sy mahery vaika (anisan'izany ny tarika X ≈8–12 GHz sy ny tarika W ≈75–110 GHz). Satria eo akaikin'ny velarana no misy hafanana, dia fitaovana tsara izy ireo amin'ny fanalana hafanana eo amin'ny toerana misy azy. Rehefa misy diamondra manify mandrakotra ny fitaovana—anisan'izany ny rindrina ivelany—dia hita fa mihena ny mari-pana ao amin'ny fantsona.~70 °C, miaraka amin'ny fanatsarana betsaka ny efitrano mafana amin'ny hery avo lenta.

Diamondra ao amin'ny CMOS sy 3D stacks

Ao amin'ny informatika mandroso,Fametrahana 3Dmampitombo ny hakitroky ny fampidirana sy ny fahombiazana saingy mamorona sakana ara-hafanana anatiny izay tsy dia mahomby loatra ny fampangatsiahana ivelany nentim-paharazana. Ny fampidirana diamondra amin'ny silikônina dia afaka mamokatra vokatra mahasoa indraySiC intersoil, ka miteraka interface mafana avo lenta.
Ny iray amin'ireo maritrano natolotra diarafitra mafanatakelaka diamondra manify toy ny nanometre napetraka eo ambonin'ny transistors ao anatin'ny dielectric, mifandray amin'nyvias mafana mitsangana ("andry hafanana")vita amin'ny varahina na diamondra fanampiny. Ireo andry ireo dia mampita ny hafanana avy amin'ny sosona iray mankany amin'ny iray hafa mandra-pahatongany amin'ny vata fampangatsiahana ivelany. Ny simulation miaraka amin'ny asa azo tanterahina dia mampiseho fa ny rafitra toy izany dia afaka mampihena ny mari-pana ambony indrindra amin'nyhatramin'ny ambaratonga irayao anaty antontan-taratasy fanamarinana ny foto-kevitra.

Izay mbola sarotra

Ny fanamby lehibe dia ny fanamboarana ny tampony amin'ny diamondrafisaka ara-atômaho an'ny fampidirana tsy misy tomika amin'ireo fifandraisana sy dielektrika eo amboniny, ary dingana fanadiovana mba hitazonana ny conductivity mafana tsara dia tsara tsy misy fanerena amin'ny circuitry fototra.

MISY

Raha mbola mitohy ny fahamatorana ireo fomba fiasa ireo,fiparitahan'ny hafanana ao anaty puce diamondramety hampihena be ny fetran'ny hafanana ao amin'ny CMOS, RF, ary ny elektronika herinaratra—mamela ny fampisehoana ambony kokoa, ny fahatokisana bebe kokoa, ary ny fampidirana 3D matevina kokoa tsy misy ny sazy ara-hafanana mahazatra.