工程师开发出世界上最高效的热管理半导体

为了解决降低其性能的计算机芯片中的“热点”，加州大学洛杉矶分校的工程师开发出一种新的半导体材料，无缺陷的砷化硼，与其他任何已知的半导体或金属材料相比，它更有效地吸收和散发废热。

这可能会彻底改变计算机处理器和其他电子设备或LED等基于光的设备的热管理设计。

该研究最近发表在“ 科学”杂志上，由加州大学洛杉矶分校机械和航空航天工程助理教授胡永杰主持。

计算机处理器不断缩小到纳米尺寸，而目前单个芯片上可能有数十亿个晶体管。摩尔定律描述了这种现象，该定律预测芯片上的晶体管数量将每两年增加一倍。每一代较小的芯片都有助于使计算机更快，更强大并能够完成更多工作。但做更多的工作也意味着他们会产生更多的热量。

管理电子产品中的热量越来越成为优化性能的最大挑战之一。高热是一个问题，原因有两个。首先，随着晶体管尺寸缩小，在相同的占地面积内产生更多的热量。这种高热会降低处理器的速度，特别是在热量集中和温度飙升的芯片上的“热点”处。其次，大量能源用于保持这些处理器的冷却。如果CPU首先没有那么热，那么它们可以更快地工作，并且需要更少的能量来保持冷却。

加州大学洛杉矶分校的研究是胡和他的学生多年研究的结果，包括设计和制作材料，预测模型和温度的精确测量。

加州大学洛杉矶分校团队首次制造的无缺陷砷化硼具有创纪录的高导热性，导热性比目前使用的材料(如碳化硅和铜)快三倍以上，因此否则会集中在热点的热量很快就会被冲走。

“这种材料有助于大大提高性能，减少各种电子产品的能源需求，从小型设备到最先进的计算机数据中心设备，”胡说。“由于其半导体特性和扩展该技术的能力，它具有很好的集成到当前制造工艺的潜力。它可以取代目前最先进的计算机半导体材料并彻底改变电子工业。”

该研究的其他作者是胡锦涛研究小组的加州大学洛杉矶分校研究生：Joonsang Kang，Man Li，Huan Wu和Huuduy Nguyen。

除了对电子和光子器件的影响之外，该研究还揭示了热量如何通过材料流动的物理学的新基本见解。

“这一成功体现了在新材料发现中结合实验和理论的力量，我相信这种方法将继续推动许多领域的科学前沿，包括能源，电子和光子应用，”胡说。