Tekno

Kawat nano silikon yang murni secara isotop dapat menghasilkan microchip yang lebih kecil dan lebih cepat

Intinya: Para ilmuwan dari UC Berkeley telah mengembangkan dan mendemonstrasikan jenis baru kawat nano silikon extremely tipis dengan sifat pembuangan panas yang jauh lebih unggul daripada teknologi yang digunakan saat ini. Penemuan ini dapat menghasilkan microchip yang lebih kecil dan lebih cepat, tetapi manufaktur bisa menjadi masalah.

Silikon dalam elektronik trendy murah, berlimpah dan merupakan konduktor listrik yang baik. Dia bukan konduktor panas yang baik, bagaimanapun, dan itu sedikit masalah mengingat kelebihan panas adalah musuh alami elektronik. Masalahnya hanya diperkuat dalam microchip kecil yang mengemas miliaran transistor.

Seperti yang dijelaskan Berkeley Lab, silikon alami terdiri dari tiga isotop utama. Kira-kira 92 persen terdiri dari isotop silikon-28 sedangkan lima persen dan tiga persen sisanya adalah silikon-29 dan silikon-30, masing-masing.

Sudah lama berteori bahwa chip yang dibuat dengan silikon-28 murni dapat menghantarkan panas dengan lebih baik dan mungkin menghasilkan elektronik yang lebih cepat dan lebih padat. Ini diuji pada pertengahan 2000-an tetapi sampel kristal tunggal hanya menunjukkan konduktivitas termal 10 persen lebih baik. Sederhananya, itu tidak sepadan dengan uang dan upaya untuk membuat silikon murni secara isotop untuk keuntungan kecil seperti itu, sehingga bahan isotop silikon yang tersisa disimpan di Berkeley Lab jika ilmuwan lain mungkin suatu hari membutuhkannya.

Beberapa tahun yang lalu, skenario itu muncul dengan sendirinya.

Para ilmuwan di Berkeley mencoba menemukan cara untuk meningkatkan perpindahan panas dalam chip dan bertanya-tanya apakah kawat nano yang terbuat dari silikon-28 murni akan membantu. Mereka menjangkau pemilik materi yang disimpan dan mampu mengamankan cukup untuk pengujian.

Tes pertama melibatkan kristal silikon-28 berukuran 1 milimeter massal, dan hasilnya mencerminkan peningkatan 10 persen yang direalisasikan tahun lalu. Tim kemudian menggunakan proses yang disebut etsa tanpa listrik untuk membuat silikon alami dan kawat nano silikon-28 dengan diameter hanya 90 nanometer (sepersejuta meter), atau sekitar 1.000 kali lebih tipis dari sehelai rambut manusia.

Para ilmuwan mengharapkan keuntungan tambahan atas hasil sebelumnya tetapi terkejut melihat kawat nano murni menghantarkan panas 150 persen lebih baik daripada kawat nano silikon alami. Bagaimana ini mungkin?

Kawat nano silikon yang murni secara isotop dapat menghasilkan microchip yang lebih kecil dan lebih cepat

Pengamatan di bawah mikroskop elektron mengungkapkan lapisan silikon dioksida seperti kaca pada permukaan kawat nano silikon-28. Eksperimen simulasi komputasi lebih lanjut mencatat bahwa tidak adanya silikon-29 dan silikon-30 membuat fonon tidak lolos ke permukaan di mana mereka akan diperlambat.

Phonon digambarkan sebagai gelombang getaran atom yang membawa panas melalui silikon. Ketika mereka menemukan silikon-29 atau silikon-30, yang memiliki massa atom berbeda, fonon menjadi bingung dan melambat, menghambat perpindahan panas. Itu tidak lagi menjadi perhatian dengan silikon-28 murni.

“Untuk menemukan bahwa dua mekanisme pemblokiran fonon yang terpisah – permukaan versus isotop, yang sebelumnya diyakini tidak tergantung satu sama lain – sekarang bekerja secara sinergis untuk keuntungan kita dalam konduksi panas sangat mengejutkan tetapi juga sangat memuaskan,” kata studi tersebut. pemimpin Junqiao Wu.

Tujuan tim berikutnya adalah untuk menentukan apakah mereka dapat mengontrol, bukan hanya mengukur, konduksi panas dalam kawat nano silikon murni.

Studi lengkap telah diterbitkan dalam jurnal ilmiah peer-review Bodily Evaluate Letters.

Kredit gambar: Sergei Starostin, Matthew R. Jones dan Muhua Solar dari Rice College

Related Articles

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan.

Back to top button