美国开发出全固态热晶体管,可精确控制计算机芯片热量

近期,美国加州大学洛杉矶分校的一组研究人员推出了首个稳定的全固态热晶体管,它使用电场来控制半导体器件的热运动。

据介绍,该晶体管具有很高的速度和性能,可以通过原子级设计和分子工程开辟计算机芯片热管理的新领域,这一进展还可以进一步了解人体如何调节热量。

研究人员表示,精确控制热量如何流经材料一直是物理学家和工程师长期以来的一个却难以实现的梦想,这种新的设计原理朝这个方向迈出了一大步,因为它通过电场的开关来管理热运动,就像几十年来电子晶体管的做法一样。

电子晶体管是现代信息技术的基础构建模块,它们最初由贝尔实验室在20世纪40年代开发,具有三个电极——栅极、源极和漏极,当通过栅极施加电场时,它会调节电流(以电子形式)如何通过芯片,这些半导体器件可以放大或切换电信号和功率。

但随着多年来晶体管尺寸不断缩小,一块芯片上可以安装数十亿个晶体管,从而导致电子运动产生更多热量,从而影响芯片性能。传统的散热器被动地将热量从热点处吸走,但寻找更动态的控制来主动调节热量仍然是一个挑战。

新型热晶体管具有场效应(通过施加外部电场来调制材料的热导率)和全固态(无移动部件),具有高性能并与半导体集成电路兼容制造工艺。

该团队的设计结合了原子界面上电荷动力学的场效应,从而可以使用可忽略不计的功率来连续切换和放大热通量,从而实现高性能。

加州大学洛杉矶分校团队展示了电门控热晶体管,该晶体管实现了创纪录的高性能,开关速度超过1兆赫兹,即每秒100万个周期。它们还提供1300%的热导可调性以及超过100万次开关周期的可靠性能。

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