En un salto hacia chips de computadora más potentes y eficientes, investigadores de la Universidad de Virginia han confirmado un principio clave que rige el flujo de calor en películas metálicas delgadas, un paso clave en la carrera por diseñar dispositivos más rápidos, más pequeños y más eficientes. ingrediente. Este trabajo fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza Y con la colaboración de Intel con Semiconductor Research Corporation, representa un gran avance en la comprensión de cómo funciona la conductividad térmica en los metales utilizados en los chips de próxima generación, lo que abre el potencial de avances en la tecnología que antes se consideraba inaccesible.
“A medida que los dispositivos continúan reduciéndose, la gestión térmica se vuelve aún más importante”, dijo el investigador principal y doctor en ingeniería mecánica y aeroespacial. Estudiante Muhammad Rafiqul Islam. “Considere las consolas de juegos de alta gama o los centros de datos impulsados por IA, donde el procesamiento continuo y de alta potencia a menudo conduce a cuellos de botella térmicos. Nuestros hallazgos mejoran la forma en que el calor fluye a través de metales ultrafinos como el cobre y proporcionan un esquema de cómo mitigarlo”. los problemas”.
Comprender la ciencia: el calor a nanoescala
El cobre, ampliamente utilizado por sus excelentes propiedades conductoras, enfrenta importantes desafíos a medida que los dispositivos se reducen a dimensiones nanométricas. A una escala tan pequeña, incluso los mejores materiales experimentan una pérdida de eficiencia debido al aumento de calor, un fenómeno que se agrava en el cobre y conduce a una reducción de la conductividad y la eficiencia. Para resolver esto, el equipo de UVA se centró en un elemento importante de la ciencia térmica conocido como principio de Matthiessen, que validaron en películas de cobre ultrafinas. Este principio, que tradicionalmente ayuda a predecir cómo diversos procesos de dispersión afectan el flujo de electrones, nunca se ha verificado completamente en materiales a nanoescala hasta ahora.
Utilizando un nuevo método llamado termorreflectancia en estado estacionario (SSTR), el equipo midió la conductividad térmica del cobre y calculó su conductividad eléctrica. Cotejado con datos de resistencia. Esta comparación directa demostró que el principio de Matheson, cuando se aplica con ciertos parámetros, se puede utilizar para conducir a través de películas de cobre incluso a nanoescala de espesor. Describe la forma en que el calor se mueve de manera confiable.
Efecto: virutas más frías, más nítidas y más pequeñas
¿Por qué importa? En el mundo de la tecnología de integración a muy gran escala (VLSI), donde los circuitos están empaquetados en espacios increíblemente reducidos, la gestión eficiente del calor se traduce directamente en un mejor rendimiento. La investigación no sólo apunta a un futuro en el que nuestros dispositivos funcionarán a menor temperatura, sino que también promete reducir la cantidad de energía desperdiciada por el calor, una preocupación clave para la tecnología sostenible. Al confirmar que el principio de Matheson se cumple en dimensiones a nanoescala, el equipo ha allanado el camino para mejorar los materiales que interconectan los circuitos en los chips de computadora modernos, un modelo para el comportamiento de los materiales y establecer estándares en los que los fabricantes puedan confiar.
“Piense en ello como una hoja de ruta”, dijo Patrick E. Hopkins, asesor de Issam y profesor de ingeniería Whitney Stone. “Con la validación de este principio, los diseñadores de chips ahora tienen una guía confiable para predecir y controlar cómo se comportará el calor en películas delgadas de cobre. Esto es un punto de inflexión para la construcción de chips que permitirán tecnologías futuras. Cumple con los requisitos de energía y rendimiento de
Una contribución al futuro de la electrónica
El éxito de este estudio representa una colaboración entre la UVA, Intel y Semiconductor Research Corporation, destacando la fortaleza de la asociación entre la academia y la industria. Estos hallazgos prometen aplicaciones importantes en el desarrollo de la tecnología CMOS de próxima generación, la columna vertebral de la electrónica moderna. CMOS, o semiconductor complementario de óxido metálico, es la tecnología estándar para crear circuitos integrados que alimentan todo, desde computadoras y teléfonos hasta dispositivos médicos y automotrices.
Al combinar conocimientos experimentales con modelos avanzados, los investigadores de la UVA han abierto la puerta a materiales que no solo impulsan dispositivos más eficientes, sino que también tienen potencial para ahorrar energía de manera efectiva en toda la industria. En un campo donde cada grado de control de la temperatura cuenta, estos conocimientos marcan un importante paso adelante para la industria electrónica, haciendo que un futuro de dispositivos más fríos, más rápidos y más duraderos sea más alcanzable que nunca.
