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Un nouveau matériau identifié par l’US Navy pourrait révolutionner la dissipation thermique des puces informatiques – High-teK.ca

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L’un des plus grands défis de la conception de semi-conducteurs consiste à trouver des moyens d’évacuer la chaleur résiduelle d’une structure vers la zone de dissipation qui lui est destinée. Ce problème ne suscite pas beaucoup d’intérêt – le refroidissement du processeur et du système, lorsqu’il est discuté, a tendance à se concentrer sur la recherche de moyens plus efficaces d’éliminer la chaleur d’un couvercle de dissipateur thermique ou du haut de la matrice. La question de l’efficacité avec laquelle la chaleur peut être transférée à ce point est tout aussi important que ce qui lui arrive par la suite. Des chercheurs travaillant au US Naval Research Laboratory en partenariat avec le Boston College ont trouvé une nouvelle méthode de transmission extrêmement efficace. Le secret? Arséniure de bore cubique.

Selon l’équipe de recherche, la conductivité thermique à température ambiante de l’arséniure de bore BAs) est supérieure à 2000 Wm-1K-1. C’est au même niveau que le diamant ou le graphite, qui ont les valeurs de masse les plus élevées connues, mais qui sont tous deux extrêmement difficiles à travailler ou à intégrer dans un produit. La synthèse de masse et l’application précise du diamant et du graphite sont toutes deux difficiles, ce qui limite les utilisations pratiques de leurs capacités. L’arséniure de bore pourrait s’avérer plus traitable.

La raison pour laquelle l’arséniure est né conduit la chaleur si efficacement est due aux ondes vibrationnelles (phonons) dans la structure du réseau. Dans un métal classique, la chaleur est transportée par des électrons. Étant donné que les électrons portent également une charge électrique, il existe une corrélation entre la conductivité thermique d’un métal et sa conductivité électrique à température ambiante. Les métaux comme le cuivre et l’aluminium, qui transmettent bien la chaleur, ont également tendance à transporter assez bien l’électricité, en particulier par rapport au fer, qui est un mauvais porteur, ou au plomb, qui est essentiellement le lama grincheux du monde métallique.

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arséniure de bore

Le travail effectué ici est théorique et basé sur la modélisation de la structure de réseau connue du bore, mais les calculs sont vérifiés. La structure du réseau et les propriétés connues des semi-conducteurs, y compris les travaux sur les semi-conducteurs effectués dans le groupe III-V dont le bore fait partie, indiquent des applications potentielles dans les cellules solaires et les circuits durcis par rayonnement. L’un des autres avantages du bore, contrairement à un matériau comme le diamant, est que la fabrication de semi-conducteurs III-V est déjà un domaine de recherche en cours. Le bore peut être lié à l’arséniure de gallium (BGaAs), bien que les données sur son efficacité dans cette configuration soient quelque peu limitées.

Si la prédiction des chercheurs s’avère valide, il y a sans aucun doute des utilisations pour cette capacité. L’arséniure de gallium est un substrat délicat à travailler, ce qui est l’une des raisons pour lesquelles le silicium est resté la norme de l’industrie, mais plusieurs fabricants devraient déployer des matériaux III-V dans les années à venir car la mise à l’échelle CMOS devient de plus en plus difficile. Éloigner la chaleur du transistor pourrait permettre des performances plus élevées et réduire le besoin de refroidissement dans toute application où l’accumulation de chaleur nuit au fonctionnement du produit (c’est-à-dire la plupart d’entre eux). Le bore a également fait l’objet d’un examen minutieux ces dernières années grâce à la manière dont il s’associe au graphène. Comme le montre l’image en haut de l’histoire, le nitrure de bore et le graphène peuvent être cultivés côte à côte, créant nanofils de graphène qui sont isolés par le bore. Ces types d’applications suggèrent qu’une plus grande attention pourrait être accordée au bore à l’avenir, en particulier si la production peut être portée à des niveaux industriels.

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