2016年10月13日
麻省理工学院的研究人员已经发现,电子和载热粒子称为声子之间的相互作用可以发挥重要作用在防止微电子散热设备。欧洲杯猜球平台(来源:麻省理工学院)
科技的发展在不久的将来会看到更多的晶体管计算机芯片内被放置到小得多的领域。麻省理工学院工程师国家手机、笔记本电脑和其他电子产品可能面临经济过热的风险更大,导致电子和载热粒子称为声子之间的相互作用。欧洲杯猜球平台
研究人员称这些以前低估了交互可以停止在微电子散热设备的关键。他们的发现发表在《自然通讯》杂志上。
球队进行了一些实验,他们使用精确定时的激光脉冲来计算声子和电子之间的相互作用在很薄的硅片。当电子在硅的浓度增加时,分散越电子声子并阻止了热量。
当你的电脑运行时,它生成热量,和你想要这些热量消散,由声子。如果被电子散射声子,他们不像我们想象得那么好他们在携带热量。这将创建一个问题,我们必须解决芯片变得更小。
柏林廖,研究生,前麻省理工学院
相比之下,辽州这个同样的效果可以有利于热电发电机,将热能直接转化成电能。在这样的设备,分散声子和减少热泄漏,将极大地优化它们的性能。
“现在我们知道这效应可以显著的电子的浓度高时,“廖说。“我们现在必须考虑如何工程师电子声子相互作用在更复杂的方法来造福两热电和微电子设备。”
廖的合作者包括陈刚,卡尔·理查德·索德伯格教授电力工程和机械工程部门的负责人;资深研究科学家阿列克谢Maznev化学系;和基思•纳尔逊Haslam和杜威教授化学。
阻塞流
当晶体管使用硅等半导体材料和电缆制造金属、电子成为主要通过材料代理负责传输电力。欧洲杯足球竞彩这种材料的一个关键原因有一个有限的电阻的存在明确的路障电子的流动——具欧洲杯足球竞彩体地说,与载热声子的相互作用,从而电子碰撞,他们从electricity-conducting路径移动。
长时间科学家们分析了这种电子声子相互作用对电子的影响,但这些相同的互动如何影响声子和物质传输热量的能力——是不理解。
人们几乎对声子的影响研究,因为他们认为这种效应并不重要。但是我们知道从牛顿第三定律,每一个行动都有反应。我们只是不知道在什么情况下这种影响会变得重要。
柏林廖研究生,前麻省理工学院
分散和衰变
廖在硅之前和他的同事们计算出,当电子的浓度超过1019每厘米3强劲,声子和电子之间的相互作用会驱散声子。他们也会降低材料的能力分散热量50%浓度时在1021每厘米3。
“这是一个非常显著的影响,但人们持怀疑态度,“廖说。这主要是由于实验材料电子浓度高,早些时候他们猜测散热的下降并不是因为电子声子相互作用,但由于欧洲杯足球竞彩材料缺陷。
从掺杂过程中,这些缺陷发生额外的硼和磷等元素融入硅提高电子浓度。
“所以挑战来验证我们的想法是,我们必须区分贡献和电子和缺陷通过某种方式控制材料内部的电子浓度,没有引入任何缺陷,”廖说。
团队开发了一种方法称为three-pulse光声光谱精确增加电子的数量在一个薄的硅晶片的光学技术,对材料的声子和测量任何影响。
方法建立在传统的双脉冲光声光谱方法,科学家将两个精确定时和调谐激光材料。第一个激光脉冲产生声子的材料,和第二个激光措施声子脉冲的功能分散,或衰减。
廖把第三个激光器,当照在硅正是提高材料的电子浓度不会引起任何缺陷。当他计算声子引入第三个激光脉冲后,他发现它变形快很多,表示驱散声子和电子浓度的增加而减少他们的活动。
非常幸运的是,我们发现实验结果和我们之前同意很好计算,我们可以现在说这个效果可以真正重要的和我们在实验中证明它。这是第一批实验对声子直接调查电子声子相互作用的影响。
柏林廖研究生,前麻省理工学院
研究人员最初开始注意到这种效果在硅装有1019电子/厘米3 -可比,甚至在浓度低于一些现有的晶体管。
“从我们的研究中,我们表明,这将是一个非常严肃的问题当电路的规模变得更小,”廖说。“即使是现在,晶体管尺寸是几纳米,我认为这种效应将开始出现,我们真的需要认真考虑这种影响,认为在实际设备如何使用或避免它。”
S3TEC本研究支持的能源前沿研究中心由美国能源部资助办公室的基本能源科学。欧洲杯线上买球