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先進熱管理材料がコンピューター冷却と性能を向上

コンピュータープロセッサーは長年にわたりナノメートルスケールまで微細化され、数十億個のトランジスタが単一チップに集積されています。トランジスタ数の増加でコンピューターは高速化・高性能化しましたが、同時に高密度空間内に多くのホットスポットが生じるようになりました。動作中の熱を効率的に放散できなければ、プロセッサーは減速し、信頼性の低い非効率なコンピューティングにつながります。また、チップ上の高濃度熱と急上昇する温度は、プロセッサーの過熱防止に追加エネルギーを必要とします。

先進熱管理材料がコンピューター冷却と性能を向上

欠陥フリー窒化ホウ素の優れた熱伝導性

超高熱管理材料である「欠陥フリー窒化ホウ素」が開発され、ダイヤモンドや炭化ケイ素などの既知の金属・半導体材料よりも効果的に熱を引き出し放散することが示されました。研究者たちはこの材料を、窒化ガリウム製の最先端ワイドバンドギャップトランジスタである高電子移動度トランジスタ(HEMT)を搭載したコンピューターチップに統合しました。

大幅な温度上昇抑制を実証

プロセッサーをほぼ最大容量で稼働させた際、窒化ホウ素をヒートスプレッダーとして使用したチップでは、室温から約87℃(188°F)までの温度上昇に留まりました。これは、ダイヤモンドを使用したチップ(約137℃/278°F)や炭化ケイ素を使用したチップ(約167℃/332°F)と比較して大幅に低い結果です。

これらの結果は、窒化ホウ素デバイスが従来の熱管理材料を使用するプロセッサーよりもはるかに高い動作電力を維持できることを明確に示しています。窒化ホウ素は優れた熱伝導率を示すだけでなく、低い熱輸送抵抗も持つため熱管理に理想的です。熱がある材料から別の材料へ境界を越える際、通常は次の材料への移行に何らかの遅延が生じますが、窒化ホウ素材料は非常に低い熱境界抵抗を持ちます。

リン化ホウ素も有望な候補

チームはリン化ホウ素ももう一つの優れたヒートスプレッダー候補として開発しました。実験ではまず、窒化ホウ素を用いた半導体構造の構築方法を実証し、その後HEMTチップ設計に材料を統合しました。

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複合材料

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