Очищенный кремний-28 позволяет улучшить теплопроводность микросхем на 150%

Ученые продолжают изучать различные материалы не только по той причине, что им это нравится, а еще для того, чтобы улучшить нашу жизнь. Работяги из Национальной лаборатории имени Лоуренса открыли для себя и всех нас возможность значительно улучшить теплопроводность полупроводников.

В природе существует три вида стабильных форм изотопов кремния: кремний-30 (Si-30, ³⁰Si), кремний-29 (Si-29, ²⁹Si) и кремний-28 (Si-28, ²⁸Si). Больше всего в природе можно встретить кремний-28, который составляет 92% от общего количества кремния. Он обладает лучшими теплопроводными свойствами, а его очистка позволяет дополнительно улучшить этот показатель на 10%.

Ранее ученые считали, что очистка не очень полезна, если посмотреть на соотношение стоимости очищенного кремния-28 и полученных теплопроводных улучшений, однако последнее исследование показало, что очистка может значительно улучшить теплопроводность.

Ученые провели эксперимент, в рамках которого удалось выяснить, что очищенный кремний-28, используемый в виде двух нанопроводников толщиной 90-нм, способен улучшить свои характеристики теплопроводности на 150% по сравнению с проводниками из того же материала диаметром 1 мм, хотя испытатели надеялись увидеть улучшение в районе 10-20%.

Проведенные испытания выявили причину, по которой очищенный кремний-28 показывает себя значительно лучше неочищенного. Дело в том, что на поверхности нанопроводников образовывался диоксид кремния, предотвращающий паразитное рассеяние тепла по всей площади нанопроводника, концентрируя тепловой поток по центру.

Использование очищенного кремния-28 позволило бы существенно снизить теплопакет существующих центральных и графических процессоров, да и любой другой полупроводниковой техники изготавливаемой по технологическим нормам 90-нм и менее, однако для этого необходимо создавать новые фабрики по очистке кремния, а также мириться с повышенной стоимостью конечных изделий.