A Stanford Egyetem kutatói egy érdekes technológiát fejlesztettek ki, amelynek köszönhetően jelentősen javítani lehet a tranzisztorok hőleadásának hatásfokát – ez a terület jelenleg komoly kihívásokat tartogat, de az új technológia igencsak komoly áttörést hozhat. Azt persze feltétlenül érdemes kiemelni, hogy hasonló irányú kutatások már évek óta zajlanak, de az eddigi módszerekhez képest az új fejlesztés több területen is jelentős áttörést hoz, hála az újszerű megközelítésnek.
Az IEEE Spectrum beszámolója szerint a hőátadás hatásfokának jelentős mértékű fokozása érdekében a tranzisztorokat vékony gyémántréteggel fedik le, amelyek „növesztése” egyébként magukon a tranzisztorokon történhet a gyártási folyamat során. A szimulált eredmények alapján a chipek hőmérsékletét akár 90%-kal is lehet csökkenteni e módszer révén, míg a gyakorlatba átültetett tesztek azt mutatták, akár 70 Celsius fokos hőmérséklet-csökkenés is elérhető a gyémántréteg alkalmazása mellett a normál állapothoz képest, ami óriási előrelépés.
A fejlesztésnek azért van nagy jelentősége, mert a modern lapkák egyre több tranzisztort tartalmaznak, amelyek a csíkszélesség-fejlődés révén egyre szorosabban foglalnak helyet egymás mellett, így adott területre egyre nagyobb teljesítmény jut, aminek velejárója az egyre nagyobb hőtermelés is, amit egyre nehezebb kordában tartani a jelenlegi technológiák alkalmazása mellett, és a jelenlegi technológiák előbb-utóbb falba is ütköznek, így muszáj hatékonyabb módszereket fejleszteni.
Ezek közé tartozik a vékony gyémántréteg alkalmazása a GaN (Gallium-nitrid) tranzisztorok esetében, lényegében ezek felületére kerül egyfajta takaróként, jelentősen javítva a hőátadás hatásfokát. Míg a korábbi módszereknél a mikrométernyi léptékű gyémántszemcsék „növelése” csak 1000 Celsius fok körüli hőmérsékleten működött – és esetenként akár ennél melegebbre is szükség volt –, addig a Stanford Egyetem új módszerével már jóval alacsonyabb hőmérsékleten, 400 Celsius fokon is megvalósítható a folyamat. Ez egy igen-igen nagy áttörés, mint ahogy az is, hogy a gyémántréteget nem a tranzisztortól külön, hanem annak felületén „növesztik”, ugyanis az alacsonyabb hőmérséklet révén a CMOS komponensek így már képesek rendben átvészelni a folyamatot.
A siker abban rejlik, hogy a folyamat során oxigént adagolnak, amelynek segítségével eltávolíthatóak azok a szénmaradványok, amelyekből nem keletkezett gyémánt – korábban ezt a módszert nem alkalmazták. E réteg eltávolításával – ami koromként jellemezhető – tovább javítható a hőátadás hatásfoka, hiszen a felesleges réteg csapdába ejtené a hőt, azaz nemhogy nem segít a folyamat hatékonyságának növelésében, hanem egyenesen hátráltatja is azt. Az új módszer keretén belül extraként ráadásul nagyobb gyémántkristályokat képesek létrehozni, ezek pedig kulcsfontosságúak a hatékonyabb hőátadás szempontjából, hiszen magasabb hővezetési tényezővel rendelkeznek, mint egy olyan réteg, ami sok apró, egymás mellett elhelyezkedő gyémántkristályból áll.
A gyémánttal alkalmazási lehetőségeivel kapcsolatban már régóta folynak a kutatások, ugyanis ez az anyag rendkívül jól vezeti a hőt: gyakorlatilag hatszor jobb hővezetési tényezővel rendelkezik, mint a réz – ez az egykristályos gyémántszerkezetre vonatkozik. A gyémánt alkalmazásához persze ki kell fejleszteni a szükséges technológiákat, ezen dolgoznak egyebek mellett a Stanford Egyetem kutatói is, a jelek szerint eléggé biztató eredménnyel.
A gyémántréteg bevetésével hatékonyan, szinte közvetlenül a tranzisztor felületéről, egy szilícium-karbidból készített köztes réteg bevetésével lehet elvezetni a hőt a hűtő alkalmatosság felé, méghozzá olyan hatásfokkal, amit más módszerekkel egyenesen lehetetlen lenne megvalósítani, hiszen a tranzisztorokhoz más módon nem lehet ennyire közel férni. A technológiának idővel egyre nagyobb jelentősége lesz, ahogy a lapkák egyre több tranzisztorból állnak és a chipek fedélzetén egyre több lapka kap helyet a 3D tokozási technológiák révén.
A kutatás eredményeit persze még át kell ültetni olyan formátumba, hogy a technológiát nagy volumenben, kereskedelmi céllal is be lehessen vetni. A folyamatban a Pentagon DARPA projektje is részt vesz, vagyis az eljárást első körben a védelmi iparban vethetik be, de később egyéb területeken is szerephez juthat. Az első konkrét eredmények várhatóan 2027 folyamán láthatnak napvilágot különböző chipek formájában.
