Този сайт използва бисквитки (cookies). Ако желаете можете да научите повече тукПриемам
17 декември 2017
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Как ще премахнем прегряването на устройствата на бъдещето

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 17 октомври 2016 в 12:5540871

Нашите телефони, лаптопи и други електронни устройства са силно застрашени от прегряване и тази тенденция ще се засилва, смятат инженерите от Масачузетския технологичен институт (MIT).

Това е, защото през следващите години все по-голям брой транзистори ще се поставят на все по-малки разстояния в компютърните чипове и в резултат ще се засилят взаимодействията между електроните и пренасящите топлинна енергия квазичастици фонони.

Учените установили, че тези доскоро подценявани взаимодействия играят важна роля за предотвратяването на разсейването на топлината в микроелектронните устройства.

Резултатите бяха публикувани в списание Nature Communications.

В своите експерименти екипът използва прецизни моментни лазерни импулси, за да измери взаимодействията между електрони и фонони в много тънка силициева пластинка. С увеличаване на концентрацията на електрони в силиция, въпросните електрони все повече "разпръсват" фононите и така предотвратяват разсейването на топлинната енергия.

"Когато компютърът работи, той генерира топлина, и тази топлина е желателно да бъде разсеяна от фононите", обяснява водещият автор на изследването Болин Лиао (Bolin Liao) пред MIT News. "Ако фононите могат да бъдат разпръснати от електроните, то те не са толкова ефективни в пренасянето на топлина, колкото си мислехме досега. С разработването на все по-малки чипове, това ще създаде проблем, който трябва да бъде решен."

От друга страна Лиао смята, че същият проблем може да бъде от полза при термоелектричните генератори, които превръщат топлината в електрическа енергия. При такива устройства разсейването на фононите, и следователно да редуцира загубата на топлина, ще подобри значително тяхната производителност.

"Сега знаем, че този ефект може да бъде значим, когато е налице голяма концентрация на електрони." Остава ни да разберем как можем да проектираме по-сложни взаимодействия между електроните и фононите, за да бъдат от полза както при термоелектричните, така и при микроелектронните устройства."

Блокиране на потока

В транзисторите, направени от полупроводници - като силиций например, и електрическите кабели, направени от метали, електроните играят основна роля за провеждането на електричество през тях. Главната причина защо тези материали имат ограничено съпротивление е съществуването на определени "пречки" пред потока на електроните - а именно взаимодействията им с фононите, които могат да се сблъскат с електроните и да ги отклонят по този начин от пътя им.

Учените дълго време изучават ефекта на взаимодействията предимно върху самите електрони, но по какъв начин те засягат фононите - и топлопроводния капацитет на материала - не е изяснено все още.

"Ефектът върху фононите е рядко изучаван, защото хората мислеха, че не е важен.", казва Лиао. "Но както знаем от Третия закон на Нютон, всяко действие си има противодействие. Ние просто не сме знаели при какви обстоятелства този ефект може да стане значим."

Разпръсване и разпад

Лиао и неговите колеги неотдавна изчисляват, че в силиция, най-често използваният полупроводник, когато броят на електроните надвишава 10 (на 19 степен) на куб. см., взаимодействията между електрони и фонони довеждат до голямо разпръсване на фононите.
Съответно способността на материала за разпръсване на топлина ще намалее близо наполовина, когато техният брой достигне 10 на 21 степен на куб. см.

"Това е наистина много важен ефект, но хората са скептични", обяснява Лиао. Главната причина е, че при подобни предишни експерименти се е смятало, че намаленото разсейване на топлина се дължи не на тези взаимодействия, а на дефект в материалите. Подобни дефекти се появяват при процеса, при който допълнителни химически елементи като фосфор и бор се присъединяват към силициевата решетка, за да се увеличи броят на електроните в нея.

"Така че предизвикателството бе да разделим въздействието на електроните от това на дефектите, като контролираме електронната концентрация в материала, без да допускаме появата на дефекти."

Екипът разработва техника, наречена триимпулсна фотоакустична спектроскопия (three-pulse photoacoustic spectroscopy), за да увеличи броя на електроните в тънката силициева пластинка чрез оптически методи и да измери въздействието върху фононите. Техниката е разработена на основата на двуимпулсната фотоакустична спектроскопия, при която учените насочват два прецизно настроени по време лазера върху материал. Първият лазер генерира фононов пулс в материала, докато вторият измерва активността на импулса, докато се разсейва или разпада.

Лиао добавя трети лазер, който нагрявайки силиция увеличава концентрацията на електрони в материала, без да създава дефекти. При измерването на фононовия импулс, той установява, че разпадът е много по-бърз - което показва, че броят на електроните действително разпръсва фононите и прекъсва активността им.

Интересно е, че учените забелязват ефектите в силиция още при концентрация от 10 19 електрона на кубичен сантиметър - сравнима и дори по-ниска от тази в някои сегашни транзистори.


Препоръчани материали
Лион
Рейтинг : 872
17.10 2016 в 17:57 1
+ 4
- 3
тоз силикон дет на няколко места се споменава ще да е силиций...
 
Още от : Компютри

Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.