UCLA開發高熱傳導率之半導體材料,可抑制晶片發熱以提升電腦性能

 

刊登日期:2021/9/6
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美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)的研究團隊利用新半導體材料結合於高功率電腦晶片,成功地抑制晶片的發熱,可望進而達到提高電腦性能之目的。由於使用的是可防止電腦過熱、顯著提升能源效率的新散熱片材料,故可望成為優於既有裝置散熱技術之熱管理手法展開應用。

隨著晶片中電晶體數量增加,電腦運算效能不斷提升,但高密化也因此產生許多發熱點,若無適當的熱管理技術,除了造成處理器的動作速度減緩、可靠性降低之外,亦有為了防止過熱而需要額外的能源,造成能源效率不佳的問題。

為解決此問題,UCLA在2018年開發了具有極高熱傳導率的新半導體材料,係由無缺陷的砷化硼(BAs)、磷化硼(BP)所組成之半導體,與鑽石、碳化矽等既有散熱材料相比,具有3倍以上的熱傳導率。

此次研究團隊則將BAs半導體插入於晶片與散熱片之間,做為提高散熱效果的散熱片與晶片結合,以實際裝置展開熱管理性能的研究。將BAs基板結合於寬能隙GaN半導體後,確認GaN/BAs界面的熱傳導率高達250 MW/m2K,由此可知界面熱阻(Interface Thermal Resistance)達到極小的水準。

UCLA更進一步地將BAs基板結合於由AlGaN/GaN構成之先進高電子遷移率電晶體(High Electron Mobility Transistor; HEMT)晶片,經過實證確認散熱效果顯著優於鑽石或碳化矽。研究團隊以最大容量讓晶片作動,並對發熱點進行從常溫上升至最高溫度的測量。實驗結果顯示,鑽石散熱片的溫度為137℃,碳化矽散熱片則是167℃,而使用BAs散熱片僅有87℃。UCLA指出,此界面的優異熱傳導性來自於BAs獨特的聲子帶(Phonon Band)構造以及界面的整合性。

UCLA表示,BAs材料不僅具有高熱傳導率,界面熱阻也較小,應用做為散熱片,將可藉此實現更高的裝置作動功率,今後可望應用於長距離、大容量無線通訊等高頻功率電子領域或是電子封裝等用途。


資料來源: https://engineer.fabcross.jp/archeive/210815_heat-management-material.html
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