- O fluxo de calor é alterado dentro dos componentes do chip em vez de ser removido após o acúmulo
- O movimento do fônon é limitado por padrões de superfície em nanoescala
- Lasers ultrarrápidos permitem padronização em nanoescala em velocidades industrialmente relevantes
Hoje, a maioria dos eletrônicos depende de dissipadores de calor, ventiladores ou refrigeração líquida porque os componentes dentro dos chips conduzem o calor de maneira fixa.
Um novo método desenvolvido por pesquisadores japoneses permite que os engenheiros controlem a rapidez com que o calor escapa de um material, em vez de apenas tentar remover o calor depois que ele se acumula.
O trabalho descreve um método de fabricação baseado em laser que modifica a forma como o calor se move através de filmes finos de silício e sílica, moldando diretamente suas superfícies em nanoescala.
Alterando o transporte de calor no nível do componente do chip
A abordagem depende de pulsos de laser ultrarrápidos, cada um com duração de um femtossegundo, para remover o material e criar sulcos paralelos na superfície do filme.
Essas ranhuras se formam com espaçamento e profundidade cuidadosamente controlados que se aproximam da distância média que os fônons percorrem antes da dispersão.
Como os fônons são os principais transportadores de calor nesses componentes, restringir seu movimento altera previsivelmente a condutividade térmica geral.
As características resultantes, conhecidas como estruturas superficiais periódicas induzidas por laser de femtosegundo, mostram alta uniformidade em áreas relativamente grandes.
Quando combinadas com o ataque a seco convencional para ajustar a espessura do filme, as superfícies padronizadas exibem uma redução acentuada na condutividade térmica.
Medições de termorrefletância quantificaram essa mudança, oferecendo confirmação experimental em vez de comportamento inferido.
Simulações numéricas também mostraram que a redução surge principalmente de distâncias limitadas de viagem de fônons, e não de mudanças na composição química ou nas propriedades do material a granel.
Uma afirmação central do estudo diz respeito à velocidade de fabricação. É relatado que o processo fs-LIPSS opera a uma taxa de transferência mais de 1000x mais rápida do que a litografia por feixe de elétrons de feixe único, ao mesmo tempo em que atinge resolução em nanoescala.
Esta diferença é substancial, especialmente para aplicações que requerem grandes áreas padronizadas, tais como camadas térmicas integradas em centro de dadosprocessadores de classe.
O processo é sem máscara e sem resistência, o que reduz a complexidade do procedimento e se alinha às restrições padrão de fabricação do CMOS.
A técnica também foi descrita como capaz de implementação em escala de wafer sem a introdução de componentes adicionais ou etapas litográficas.
Como o método evita resistências e máscaras, ele permanece compatível com fluxos de trabalho de semicondutores estabelecidos.
Os pesquisadores descrevem o processo como escalonável, pronto para semicondutores e adequado para integração com linhas de fabricação existentes.
As nanoestruturas são descritas como mecanicamente robustas, com relatórios indicando níveis de resistência até 1000x maiores do que aqueles produzidos usando algumas abordagens convencionais de padronização.
No entanto, a descrição disponível fornece detalhes limitados sobre benchmarking mecânico direto ou métodos de teste comparativos.
A técnica parece promissora e é relevante para computação de alto desempenho, dispositivos quânticos e desafios de gerenciamento térmico associados a ambientes densos. GPU clusters alimentando o moderno Ferramentas de IA.
Mas uma adoção mais ampla dependerá da reprodutibilidade, da estabilidade a longo prazo e do custo em condições industriais, especialmente em escalas de implantação de centros de dados.
Através Instituto de Ciência de Tóquio
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