Nuevo material identificado por la Marina de los EE. UU. Podría revolucionar la disipación de calor de los chips de computadora

nitruro de boro

Uno de los mayores desafíos en el diseño de semiconductores es encontrar formas de mover el calor residual de una estructura a cualquier área de disipación que esté diseñada para ello. Este problema no se juega mucho: la refrigeración de la CPU y el sistema, cuando se habla, tiende a centrarse en encontrar formas más eficientes de eliminar el calor de la tapa de un disipador de calor o la parte superior del dado. La cuestión de qué tan eficientemente se puede transferir el calor a ese punto es tan importante como lo que le suceda después. Los investigadores que trabajan en el Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. En asociación con el Boston College han encontrado un método de transmisión nuevo y extremadamente eficiente. ¿El secreto? Arseniuro de boro cúbico.

Según el equipo de investigación, la conductividad térmica a temperatura ambiente del arseniuro de boro (BA) es superior a 2000 Wm-1K-1. Eso está al mismo nivel que el diamante o el grafito, que tienen los valores de volumen más altos conocidos, pero ambos son extremadamente difíciles de trabajar o de integrar en un producto. La síntesis masiva y la aplicación precisa tanto del diamante como del grafito son difíciles, lo que limita los usos prácticos de sus capacidades. El arseniuro de boro podría resultar más manejable.

La razón por la que nació el arseniuro conduce el calor con tanta eficacia se debe a ondas vibratorias (fonones) dentro de la estructura reticular. En un metal convencional, el calor es transportado por electrones. Dado que los electrones también llevan una carga eléctrica, existe una correlación entre la conductividad térmica de un metal y su conductividad eléctrica a temperatura ambiente. Los metales como el cobre y el aluminio, que transmiten bien el calor, también tienden a transportar bastante bien la electricidad, sobre todo en comparación con el hierro, que es un portador pobre, o el plomo, que es básicamente la llama gruñona del mundo metálico.



arseniuro de boro

El trabajo que se está realizando aquí es teórico y se basa en modelar la estructura de celosía conocida del boro, pero las matemáticas se corroboran. La estructura reticular y las propiedades conocidas de los semiconductores, incluido el trabajo de semiconductores que se realiza en el grupo III-V del que forma parte el boro, apuntan a aplicaciones potenciales en células solares y circuitos endurecidos por radiación. Una de las otras ventajas del boro, a diferencia de un material como el diamante, es que la fabricación de semiconductores III-V ya es un área de investigación en curso. El boro puede unirse al arseniuro de galio (BGaAs), aunque los datos sobre su eficacia en esta configuración son algo limitados.

Si la predicción de los investigadores resultara válida, indudablemente hay usos para esta capacidad. El arseniuro de galio es un sustrato complicado para trabajar, que es una de las razones por las que el silicio sigue siendo el estándar de la industria, pero se espera que varios fabricantes lo hagan. desplegar materiales III-V en los próximos años a medida que el escalado CMOS se vuelve cada vez más difícil. Alejar el calor del transistor podría permitir un mayor rendimiento y reducir la necesidad de enfriamiento en cualquier aplicación donde la acumulación de calor sea perjudicial para la función del producto (es decir, la mayoría de ellas). El boro también se ha ganado el escrutinio en los últimos años gracias a la forma en que se asocia con el grafeno. Como se muestra en la imagen en la parte superior de la historia, el nitruro de boro y el grafeno se pueden cultivar uno al lado del otro, creando nanocables de grafeno que están aislados por el boro. Este tipo de aplicaciones sugiere que se puede centrar mucha más atención en el boro en el futuro, particularmente si la producción puede incrementarse a niveles industriales.

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