Ассоциация государственных научных центров "НАУКА"
Ассоциация государственных научных центров "НАУКА"
Группа ученых из Калифорнийского университета в Риверсайде и Манчестерского университета в Великобритании опубликовала в журнале Nano Letters результаты инновационного метода повышения теплопроводности меди.
На сегодняшний день медь – один из основных компонентов в составе любого чипа. Тончайшие медные проводники внутри чипа соединяют друг с другом миллионы транзисторов. При прохождении электрического тока по проводникам они нагреваются, выделяя тепло, которое нужно отводить.
Еще в 2001 г. Пэт Гелсингер (Pat Gelsinger) высказал мнение, что если объем тепла, выделяемый процессорами, продолжит расти теми же темпами, то уже к 2005 г. один чип будет выделять количество энергии, равносильное выделяемому атомным реактором, а к 2015 г. – сравнится по количеству выделяемого тепла с солнцем (Гелсингер 30 лет проработал в компании Intel и принимал участие в разработке всех первых процессоров корпорации).
Но прогноз Гелсингера не сбылся. Инженеры смогли обуздать тепловыделение при дальнейшем росте производительности, понизив тактовую частоту и оснастив процессоры несколькими ядрами, работающими параллельно.
Но теперь возникла новая задача. По мере уменьшения размеров транзисторов, из которых состоят процессоры (текущий техпроцесс – 22 нм), медные проводники в них становятся меньше в диаметре, что приводит к увеличению их рабочей температуры. Высокая температура может попросту разрушить полупроводниковый прибор.
Для решения этой проблемы ученые использовали в своем эксперименте композиционный материал, похожий на сэндвич, в котором слой меди был покрыт с двух сторон слоями графена. Благодаря этому удалось на 25% улучшить теплорассеивание у медного проводника.
Как говорит Баландин, графен сам по себе не обладает какими-либо свойствами теплоотвода. Передача тепла в металле, как правило, затруднена его кристаллической структурой. Однако будучи приложенным к меди, графен эту структуру изменяет, позволяя тепловой энергии двигаться более свободно.
Новоселов, также участвовавший в эксперименте, является одним из изобретателей графена, который представляет собой двухмерную решетку атомов углерода. Он получил за это открытие Нобелевскую премию в 2010 г.
Впрочем, есть еще несколько моментов, с которыми ученым нужно разобраться. Во-первых, эксперимент проводился на деталях, которые намного превышают по размеру проводники в процессорах. И то, что полученные результаты окажутся справедливыми для тончайших проволок, является пока что лишь предположением. Кроме того, для создания «сэндвича» из графена и меди ученые нагрели материал до температуры 1000°C. В случае с чипом такая температура моментально разрушит транзисторы, так что нужно придумать другой способ получения композиционного материала.