Способ повышения теплопроводности меди поможет микроэлектронике

Группой ученых, среди которых А. Баландин из Калифорнийского университета в Риверсайде и К. Новоселов из Манчестерского университета в Великобритании, в журнале Nano Letters были опубликованы подробности инновационного способа повышения теплопроводности меди.

 

Медь — один из важных компонентов чипов. Медные проводники внутри чипа соединяют миллионы транзисторов. В процессоре общая длина таких проводников доходит до 50-60 км. Когда электрический ток проходит по проводникам, то они нагреваются с выделением тепла.

 

Ученый Пэт Гелсингер еще в 2001 году заявил, что, когда объем тепла, выделяемого процессорами, продолжит расти, то к 2005 году один чип будет выделять энергии столько же, сколько выделяет атомный реактор. А к 2015 году столько, сколько выделяет Солнце.

 

Однако прогнозам не суждено было сбыться. Был найден способ обуздать тепловыделение по мере роста производительности. Для этого необходимо только снизить тактовую частоту и оснастить процессоры несколькими ядрами, которые действуют одновременно.

 

 

По мере уменьшения строительных блоков процессоров (транзисторов) медные проводники в них становятся меньше в диаметре. Их рабочая температура повышается. Полупроводниковый прибор разрушается и выходит из строя.

 

Как решить проблему? В поиске ответа на вопрос ученые при эксперименте применили композиционный материал. Он подобен сэндвичу. В нем слой меди покрыт с обеих сторон слоями графена. За счет этого удалось на четверть добиться улучшения рассеивания тепла у медного проводника.

 

А. Баландин отмечает, что сам по себе графен не имеет свойств теплоотвода. Перемещение тепловой энергии в металле всегда затрудняется его кристаллической структурой. Графен же, приложенный к меди, изменяет эту структуру. И энергия движется более свободно.

 

К. Новоселов — один из изобретателей материала под названием графен, который представляет собой двухмерную решетку атомов углерода. В 2010 году он был удостоен Нобелевской премии за открытие.

 

Существуют некоторые проблемы, которые еще предстоит решить. Эксперимент провели на деталях, существенно превышающих по размерам проводники в процессорах. То есть полученные результаты вряд ли распространяются на тончайшие проволоки. Можно только это предполагать. 

 

А еще при создании «сэндвича» из меди и графена исследователи нагревали материал до 1 тысячи градусов. В случае с чипом такая температура может стать разрушительной для транзистора. Значит, нужно искать иной способ получения композиционного материала?