Bilim adamları tarafından yayınlanan bir makaleye göre, gelişmiş işlemcilerde kullanılmak üzere ısıyı %150 daha verimli iletebilen yeni bir malzeme keşfetti ve gösterdi. Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı. İşlemcilerde ısı birikmesi performans için büyük bir sorundur ve silikon, soğutmayı engelleyen doğal bir ısı yalıtkanı görevi görür. Uygulanan yeni ultra ince silikon nanotel teknolojisiyle, çiplerin nispeten basit bir değişiklikten daha küçük, daha hızlı ve daha soğuk hale gelmesi umulmaktadır. Test edilen anahtar değişiklik, izotopik olarak saflaştırılmış Silikon-28’in (Si-28) kullanılmasıdır.
Silikon, ucuz ve bol ama zayıf bir ısı iletkenidir ve bu, GHz hızında saat hızına sahip on milyarlarca transistöre sahip küçük mikroçiplerde bir sorundur. Doğal silikon üç izotoptan oluşur: silikon-28, silikon-29 ve silikon-30. Silikon-28, doğal silikonun yaklaşık %92’sini oluşturan, doğal olarak en bol bulunanıdır. Ayrıca Si-28’in en iyi ısı iletkeni olduğu uzun zamandır bilinmektedir. Saflaştırılırsa Si-28, ısıyı doğal silikondan yaklaşık %10 daha iyi iletebilir. Bununla birlikte, şimdiye kadar avantajın gerçekten değerli olmadığı değerlendirildi.
Bazen teknolojiler, tamamlayıcı teknolojiler ortaya çıktıkça yeniden incelenmeye ve yeniden değerlendirilmeye değerdir ve burada durum böyle görünüyor. Kısacası, bilim adamları ultra ince nanoteller oluşturmak için saflaştırılmış Si-28 kullanmaya karar verdiler.
Başlangıçta bilim adamları, Si-28’in ısı iletkenliğinde doğal silikondan sadece %10 daha iyi olduğunu doğruladılar. 1 mm çapındaki tellere inildiğinde, durum böyle kaldı. Ancak, 90nm Si-28 nanotelleri (insan saçından yaklaşık bin kat daha ince) oluşturduklarında, ısı iletkenliği %150 daha iyiydi, bu onlar için büyük bir sürpriz oldu. Sadece %10-20 daha iyi performans bekliyorlardı.
Araştırmalar, Si-28 nanotellerinin mükemmel termal iletkenliğinin iki ana nedenini gün ışığına çıkardı. Elektron mikroskobu, Si-28 nanotellerinin daha mükemmel bir camsı yüzeye sahip olduğunu ortaya çıkardı, bu nedenle doğal silikon nanotel termal iletiminde fonon karışıklığı / kaçışının dezavantajlarından muzdarip olmadılar. İkinci olarak, bu nanoteller üzerinde doğal bir SiO2 tabakası oluşturuldu ve fononların ısıyı yolda taşımasını sağladı. Özetle, daha önce gözlemlenen iki fonon engelleme mekanizması, yeni malzeme nedeniyle büyük ölçüde azaldı.
Peki, %150 daha iyi ısı ileten silikon nanotelin kullanımı nedir? Bazı son teknoloji transistör tasarımları zaten silikon nanotelleri içeriyor. Gate-All-Around Field Effect Transistor (GAA-FET), elektriği iletmek için bir araya yığılmış silikon nanotelleri kullanır, ancak yine de ısı birikiminden muzdariptirler. Bu yeni malzeme ikame edilebilirse, işlemci tasarımcıları nispeten hızlı ve kolay bir kazanç elde edebilir.
İleriye dönük olarak, Si-28 nanotellerinde yer alan araştırma ekibi, nanotellerdeki ısı iletimini ölçmek yerine kontrol etmek için daha fazlasını yapmak istiyor. Kaynak makaleyi okurken, şu anda ileri testler için mevcut saflaştırılmış Si-28’in ciddi bir eksikliği var gibi görünüyor. Yukarıdaki deneylerde kullanılan numuneler, eski bir Sovyet dönemi izotop üretim tesisinden alınmıştır.
Faydalar gerçekten iddia edildiği kadar iyiyse, bir veya daha fazla üreticinin Si-28’i yeniden rafine etmeye başlaması gerekecektir. Proses teknolojisini daha fazla ölçeklendirmenin zorluğu göz önüne alındığında, ısı iletkenliğinde %50’lik bir artış bile bunu yapmak için yeterli sebep olabilir, iddia edilen %150’lik iyileştirme bir yana.
