Ученые, возможно, решили одну из главных проблем микроэлектроники

Новое открытие может в будущем поспособствовать внедрению нового поколения еще более миниатюрных микрочипов

Ученые считают, что нашли способ на 25% улучшить теплопроводность меди, из которой состоят проводники в процессорах, соединяющие между собой транзисторы. Новое открытие поможет продолжить индустрии микроэлектроники следовать по пути миниатюризации.

Группа ученых, в число которых вошли Александр Баландин из Калифорнийского университета в Риверсайде и Константин Новоселов из Манчестерского университета в Великобритании, опубликовали в журнале Nano Letters результаты инновационного способа повышения теплопроводности меди.

Медь является одним из основных компонентов любого чипа. Тончайшие проводники из меди внутри чипа соединяют миллионы транзисторов друг с другом. В современном процессоре общая длина таких проводников достигает 50-60 км. При прохождении по проводникам электрического тока, они нагреваются, выделяя тепло, которое необходимо отводить.

В 2001 г. Пэт Гелсингер (Pat Gelsinger) заявил, что если объем тепла, который выделяют процессоры, продолжит расти текущими темпами, то к 2005 г. один чип будет выделять столько энергии, сколько выделяет атомный реактор, а к 2015 г. – сколько тепла выделяет Солнце (Гелсингер проработал 30 лет в Intel, приняв участие в разработке конструкции всех первых процессоров корпорации).

Однако прогноз Гелсингера не воплотился. Инженеры нашли способ обуздать тепловыделение при дальнейшем росте производительности за счет снижения тактовой частоты и оснащения процессоров несколькими ядрами, работающими одновременно.

Теперь же перед ними стоит новая задача. По мере уменьшения строительных блоков процессоров – транзисторов (текущий техпроцесс – 22 нм) – медные проводники в них уменьшаются в диаметре, что ведет к повышению их рабочей температуры. Слишком высокая температура ведет к разрушению и, соответственно, выходу полупроводникового прибора из строя.

Для того чтобы решить эту проблему, ученые в своем эксперименте использовали композиционный материал, напоминающий сэндвич, в котором слой меди был покрыт с обеих сторон слоями графена. Это позволило на 25% улучшить рассеивание тепла у медного проводника.

По словам Баландина, сам по себе графен не обладает какими-либо свойствами теплоотвода. Перемещение тепловой энергии в металле, как правило, затруднено его кристаллической структурой. Будучи приложенным к меди графен изменяет эту структуру, позволяя энергии двигаться более свободно, пояснил ученый.

Новоселов, который также принял участие в эксперименте, является непосредственно одним из изобретателей материала под названием графен, представляющего собой двухмерную решетку атомов углерода. В 2010 г. он получил Нобелевскую премию за это открытие.

Есть, однако, несколько моментов, с которыми ученым предстоит разобраться. Во-первых, эксперимент был проведен на деталях, которые значительно превышают по размеру проводники в процессорах. И то, что результаты будут справедливы для тончайших проволок, пока что является лишь предположением. Во-вторых, в ходе создания «сэндвича» из меди и графена исследователи нагрели материал до 1000 °C. В случае с чипом такая температура разрушит транзисторы, поэтому нужно придумать иной способ получения композиционного материала.

Источник: CNews (Сергей Попсулин)