Timanttikalvo transistorien pinnalla viilentää mikrosiruja: 70 °C pudotus testeissä ja jopa 90 % simulaatioissa. Läpimurto lupaa tehokkaampia prosessoreita.
© D. Novikov
Stanfordin yliopiston tutkijat esittelivät läpimurron mikrosirujen jäähdytyksessä timantin avulla. Tiimi kehitti tavan kasvattaa mikrometrin paksuinen timanttikerros suoraan transistorien pinnoille, mikä laski niiden lämpötilaa todellisissa kokeissa 70 °C ja simulaatioissa jopa 90 prosenttia.
Menetelmä puuttuu modernin mikroelektroniikan keskeiseen ongelmaan: ylikuumenemiseen transistoritiheyden kasvaessa. Professori Srabanti Chowdhuryn johtamassa laboratoriossa timanttia kasvatettiin ensimmäistä kertaa noin 400 °C:ssa – tasolla, joka on puolijohderakenteille turvallinen. Aiemmat tavat vaativat yli 1000 °C:n lämpöjä ja saattoivat pilata piirit. Kun prosessi onnistuu tällä matalammalla kynnyksellä, kyse ei enää ole pelkästä laboratorio-ihmeestä, vaan realistisesta etenemisreitistä.
Timantti tunnetaan ennätyksellisestä lämmönjohtokyvystään – kupariin verrattuna se on kuusinkertainen – joten se toimii luontaisena lämmönlevittäjänä. Uusi lähestymistapa käyttää lisähapella kasvatettua monikiteistä timanttia, mikä poistaa epäpuhtauksia ja parantaa johtavuutta. Ohut kalvo ympäröi transistorit ja karkottaa lämpöä huomattavasti perinteisiä jäähdytyselementtejä tehokkaammin.
Edistys on jo herättänyt DARPA:n sekä suurten siruvalmistajien, kuten TSMC:n, Micronin ja Samsungin, huomion. Timanttijäähdytyksen laaja käyttöönotto on odotettavissa vuoteen 2027 mennessä. Tutkijoiden mukaan läpimurto voi pidentää piin aikakautta ja avata tien entistä suorituskykyisemmille, energiatehokkaille prosessoreille – ja lupausta on tässä vaikea sivuuttaa.