Maxay chips-yada casriga ahi u kulul yihiin

Marka transistors-ka nanoscale-ku ay ku wareegaan heerka gigahertz, elektaroonku waxay ku ordaan wareegyada waxayna lumiyaan tamar sida kulaylka - isla kulaylka aad dareento marka laptop-ka ama taleefanka uu si aan raaxo lahayn u kululaado. Ku xidhidda transistors badan jajab ayaa ka dhigaysa meel yar oo lagu saaro kulaylkaas. Halkii si siman loogu faafin lahaa silicon, kulaylku wuxuu ku ururaa meelaha kulul ee ka kululaan kara tobanaan darajo marka loo eego gobollada ku xeeran. Si looga fogaado waxyeelada iyo luminta waxqabadka, nidaamyadu waxay joojiyaan CPU-yada iyo GPU-yada marka heerkulku kor u kaco.

Baaxadda caqabadda kulaylka

Waxa ku bilaabmay tartan yareynta ayaa noqday dagaal kula jira kulaylka dhammaan qalabka elektaroonigga ah. Xisaabinta, waxqabadku wuxuu sii wadaa inuu cufnaanta awoodda sare u qaado (adeegayaasha shaqsiga ah waxay ku soo qaadan karaan tobanaan kilowatts). Isgaarsiinta, wareegyada dhijitaalka ah iyo kuwa analoogga labaduba waxay u baahan yihiin awood transistor oo sare si ay u helaan calaamado xooggan iyo xog dhakhso badan. Qalabka elektaroonigga korontada, hufnaanta wanaagsan waxaa si isa soo taraysa u xaddidaya caqabadaha kulaylka.

Istaraatiijiyad ka duwan: ku faafi kulaylka gudaha jajabka

Halkii kulaylka la isku dari lahaa, fikrad rajo leh ayaa ah in la sameeyokhafiif ahgudaha jajabka laftiisa—sida ku shubista koob biyo karkaraya barkadda dabaasha. Haddii kuleylku ku faafo meesha laga soo saaro, aaladaha ugu kulul way qabow yihiin qaboojiyaha caadiga ahna (saxannada kulaylka, marawaxadaha, wareegyada dareeraha ah) si wax ku ool ah ayay u shaqeeyaan. Tani waxay u baahan tahaywalax koronto ku shaqeysa oo heer sare ah, oo si koronto ku dahaaranWaxay isku-darkaan kaliya nanometer-yada transistor-yada firfircoon iyada oo aan wax u dhimayn sifooyinkooda jilicsan. Musharax aan la filayn ayaa ku habboon biilkan:dheeman.

Maxaa dheeman loo sameeyay?

Dheemanku wuxuu ka mid yahay qalabka ugu fiican ee kulaylka ee loo yaqaan - dhowr jeer ayuu ka sarreeyaa naxaasta - isagoo sidoo kale ah dahaar koronto. Qabashadu waa is-dhexgalka: hababka koritaanka caadiga ah waxay u baahan yihiin heerkul ku dhow ama ka sarreeya 900-1000 °C, kaas oo dhaawici doona wareegga horumarsan. Horumarka dhowaan la sameeyay wuxuu muujinayaa in khafiifka ahDheemanka polycrystalline-ka ahfilimada (dhumucdoodu waa dhowr micrometer oo keliya) ayaa lagu kori karaaheerkul aad u hooseeyaku habboon aaladaha la dhammeeyay.

Qaboojiyeyaasha maanta iyo xadkooda

Qaboojinta guud waxay diiradda saartaa saxamada kulaylka oo wanaagsan, marawaxadaha, iyo agabka isku xirka. Cilmi-baarayaashu waxay sidoo kale sahamiyaan qaboojinta dareeraha microfluidic, agabka isbeddelka marxaladda, iyo xitaa ku dhex milma server-yada dareeraha kulaylka gudbiya, ee korontada ku dahaadha. Kuwani waa tallaabooyin muhiim ah, laakiin waxay noqon karaan kuwo waaweyn, qaali ah, ama si liidata ugu habboon kuwa soo baxaya.3D-la isku darayqaab-dhismeedka jajabka, halkaas oo lakabyo badan oo silikoon ah ay u dhaqmaan sida "sagxad sare." Dusha sare ee noocaas ah, lakab kasta waa inuu daadiyaa kulaylka; haddii kale meelaha kulul ayaa gudaha ku xayiran.

Sida loo koriyo dheemanka qalabka u fiican

Dheemanka keli-kiristaalka ah wuxuu leeyahay hab-socod kuleyl oo aan caadi ahayn (≈2200–2400 W m⁻¹ K⁻¹, qiyaastii lix jeer ka badan naxaasta). Filimada polycrystalline-ka ee fudud in la sameeyo waxay u dhowaan karaan qiimayaashan marka ay ku filan yihiin dhumucdooda - wali way ka sarreeyaan naxaasta xitaa marka ay khafiifsan yihiin. Kaydinta uumiga kiimikada dhaqameed waxay ka falcelisaa methane iyo hydrogen heerkulka sare, iyadoo sameysa tiirarka dheemanka toosan ee markii dambe isku dara filim; markaas lakabku waa qaro weyn yahay, waa la cadaadiyaa, wuxuuna u nugul yahay inuu dillaaco.
Kobaca heerkulka hooseeya wuxuu u baahan yahay hab ka duwan. Kaliya hoos u dhigista kulaylka waxay keentaa dambas gudbiya halkii ay ka dahaarnaan lahayd dheeman.ogsijiinSi joogto ah ayuu u qoraa kaarboon aan dheeman ahayn, taasoo awood u siinaysaDheeman polycrystalline ah oo weyn oo leh ~400 °C, heerkul la jaanqaadaya wareegyada isku dhafan ee horumarsan. Sidoo kale, habkani wuxuu dahaadhi karaa oo keliya meelaha toosan laakiin sidoo kaledhinacyada, taas oo muhiim u ah aaladaha 3D ee asal ahaan la isticmaalo.

Iska caabbinta xuduudaha kulaylka (TBR): cilladda phonon

Kuleylka adag waxaa qaadafoonoono(gariirrada shaatiyada la tiriyey). Is-dhexgalka walxaha, phonon-yadu way ka tarjumayaan oo way is dulsaaran karaan, iyagoo abuurayaIska caabbinta xuduudaha kulaylka (TBR)taas oo carqaladeysa socodka kulaylka. Injineernimada is-dhexgalka waxay dooneysaa inay hoos u dhigto TBR, laakiin xulashooyinka waxaa xaddidaya iswaafajinta semiconductor-ka. Is-dhexgalyo gaar ah, isku-darka wuxuu samayn karaa khafiifsilikoon carbide (SiC)lakab si fiican ula mid ah phonon spectra labada dhinac, isagoo u shaqeynaya sidii "buundo" oo yareynaya TBR - sidaas darteedna hagaajinaya wareejinta kulaylka ee aaladaha una gudbaya dheeman.

Sagxad tijaabo ah: GaN HEMTs (transistors-ka soo noqnoqda raadiyaha)

Transistors-ka dhaqdhaqaaqa elektaroonigga sare (HEMTs) oo ku salaysan gallium nitride control current ee gaaska elektaroonigga 2D waxaana lagu qiimeeyaa hawlgal xoog badan oo soo noqnoqda (oo ay ku jiraan X-band ≈8–12 GHz iyo W-band ≈75–110 GHz). Sababtoo ah kuleylka waxaa laga soo saaraa meel aad ugu dhow dusha sare, waa baaritaan aad u fiican oo lakab kasta oo ku faafaya kulaylka goobta. Marka dheeman khafiif ah uu ku duubo qalabka - oo ay ku jiraan darbiyada dhinaca - heerkulka kanaalka ayaa la arkay inuu hoos u dhacayo~70 °C, iyadoo horumar la taaban karo laga sameeyay qolka kulaylka ee korontada sare leh.

Dheemanka ku jira CMOS iyo 3D stacks

Kombuyuutar horumarsan,Isku-darka 3DWaxay kordhisaa cufnaanta isdhexgalka iyo waxqabadka laakiin waxay abuurtaa ciriiriga kuleylka gudaha halkaas oo qaboojiyeyaasha dhaqameed, kuwa dibadda ay yihiin kuwa ugu waxtarka yar. Isku-darka dheemanka iyo silikoon waxay mar kale soo saari kartaa faa'iido lehLakabka dhexda ee SiC, oo soo saarta is-dhexgal kuleyl oo tayo sare leh.
Mid ka mid ah qaab-dhismeedka la soo jeediyay waamambarka kulaylka: xaashiyo dheeman khafiif ah oo nanometer-ka ah oo ku dhex jira transistor-yada gudaha dielectric-ka, oo ay ku xiran yihiinvias kuleyl toosan ("tiirarka kulaylka")laga sameeyay naxaas ama dheeman dheeraad ah. Tiirarkani waxay kulaylka ka gudbiyaan lakab ilaa lakab ilaa ay ka gaaraan qaboojiye dibadeed. Jilitaanno leh culays shaqo oo dhab ah ayaa muujinaya in qaab-dhismeedka noocaas ahi uu yareyn karo heerkulka ugu sarreeya iyadoo la adeegsanayoilaa amar baaxad lehoo ku jira raasamaal caddaynaya fikradda.

Waxa weli adag

Caqabadaha ugu muhiimsan waxaa ka mid ah sameynta dusha sare ee dheemankaatom ahaan simansi loogu daro is-dhexgal aan kala go 'lahayn oo leh isku-xirro iyo dielectrics oo aad u sarreeya, iyo hababka sifeynta si filimada khafiifka ah ay u ilaaliyaan kulaylka aadka u fiican iyagoon adkeynayn wareegga hoose.

Aragtida

Haddii hababkani ay sii wadaan inay bislaadaan,Fidinta kulaylka dheemanka ee chip-ka ahwaxay si weyn u dejin kartaa xadka kulaylka ee CMOS, RF, iyo elektarooniga korontada - taasoo u oggolaanaysa waxqabad sare, isku hallayn weyn, iyo is-dhexgal 3D oo cufan iyada oo aan lahayn ganaaxyada kulaylka caadiga ah.