Katı hal termal transistör geliştirildi: İşlemcilerde ısınma devri sona mı eriyor?

UCLA‘dan (Kaliforniya Üniversitesi) bir araştırma ekibi, yarı iletken bir cihazın sıcaklık hareketini kontrol etmek için elektrik alanı kullanan, türünün ilk örneği olan kararlı ve tamamen katı hal termal transistörü ortaya koydu. Science dergisinde yayınlanan çalışma, bilgisayar yongalarının ısı yönetiminde yeni bir dönemin kapısını açabilir.

İşlemcilerde ısınma devri sona mı eriyor?

Isı, elektroniğin bir numaralı düşmanıdır. Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Enstitüsü’nün (IEEE) vurguladığı gibi, soğutucular tarihsel olarak aşırı ısıyı bir kaynaktan pasif olarak çekmek için kullanıldı ve kullanılmaya da devam ediyor. Hareketli parçalar veya sıvılar içeren aktif soğutma çözümleri de günümüzde sıkça kullanılıyor ancak transistör düzeyinde yapılan yeni bir gelişme, bu yöntemleri tarihe karıştırabilir.

Elektrikli transistörler modern bilgi teknolojisinin temel yapı taşları olarak varsayılıyor. İlk olarak 1940’larda Bell Labs tarafından geliştirilen bu kritik bileşen, elektriğin (elektron şeklinde) çip boyunca nasıl hareket edeceğini düzenliyor. Ancak yıllar içinde boyutları küçülmeye devam ettikçe, milyarlarca transistör bir çipe sığar hale gelmekte, bu da elektronların hareketinden daha fazla ısı üretilmesine neden olarak çip performansını etkilemekte.

Termal transistör devrimi

Buna karşılık, termal transistörler bir elektrik alanı kullanarak ısı akışını kontrol etmeyi amaçlıyor. Alan etkisine (harici bir elektrik alanının uygulanmasıyla bir malzemenin termal iletkenliğinin modüle edilmesi) ve tam katı hale (hareketli parça olmadan) sahip olan yeni termal transistör, yarı iletken üretim süreçlerinde yüksek performans ve entegre devrelerle uyumluluk sunuyor.

UCLA grubunun termal transistörü de elektronik transistöre benzer şekilde, bir kanalın iletkenliğini modüle etmek için elektrik alanları kullanıyor, ancak bu durumda elektriksel değil termal iletkenlik söz konusu. Araştırmacılar tarafından tasarlanan ve transistörün kanalı olarak işlev gören ince bir kafes benzeri molekül filmi ile bu işlem gerçekleştiriliyor; bir elektrik alanı uygulamak filmdeki moleküler bağları güçlendiriyor ve bu da termal iletkenliğini artırıyor.

Ekibin termal transistörü birçok açıdan cazip. Birincisi, diğer dağıtma yöntemlerine kıyasla ısı akışını kontrol etmek için az miktarda güç kullanıyor ve moleküler hareket çözümlerinden 13 kat daha iyi bir termal iletkenlik oranı sunuyor. Dahası, soğutma performansını artırmak için tek bir pakette birkaç tane kullanılabilmek de mümkün. Ekstra olarak AMD ile görmeye başladığımız 3D yığın halinde kullanılan chiplet tasarımların zayıf karnı olan termal açığa yardımcı olabilirler.

Ekibin konuyla ilgili araştırması kısa süre önce Science dergisinde yayımlandı. Umut verici olsa da teknolojinin hala gelişimin erken aşamalarında olduğu ve gelecekteki yinelemelerin daha iyi performans sergilemesi gerektiği kabul ediliyor.