计算机芯片热管理新突破：全新晶体管可超高速精确控制热量
近期，来自美国加州大学洛杉矶分校的一组科学家公布了一种稳定的全固态热晶体管，它使用电场来控制半导体器件的热运动。
该小组的研究成果最近发表在《科学》杂志上，详细介绍了该设备的工作原理及其潜在应用。凭借最高的速度和性能，晶体管可以通过原子级设计和分子工程开辟计算机芯片热管理的新领域。
研究人员说，“对热量在材料中流动的精确控制一直是物理学家和工程师长期以来难以实现的梦想。这种新的设计原理在这方面迈出了一大步，因为它通过电场的开关来管理热运动，就像几十年来用晶体管做的那样。”
电晶体管是现代信息技术的基本组成部分。它们最初是由贝尔实验室在20世纪40年代开发的，有三个终端——一个栅极，一个源和一个汇。当电场通过栅极施加时，它调节电（以电子的形式）如何通过芯片移动。
这些半导体器件可以放大或切换电信号和功率。但随着它们的尺寸不断缩小，一个芯片上可以容纳数十亿个晶体管，导致电子运动产生更多的热量，从而影响芯片的性能。传统的散热器被动地从热点吸收热量，但找到一个更动态的控制来主动调节热量仍然是一个挑战。
最新研究在很大程度上解决了这些挑战。这种新型热敏晶体管具有场效应（通过施加外部电场来调制材料的热导率）和全固态部件，具有高性能，并且与半导体制造工艺中的集成电路兼容。
具体而言，该团队展示的电门控热晶体管实现了创纪录的高性能，将热开关效应的速度和规模比以前提高几个数量级，开关速度超过1兆赫兹，即每秒100万次，其还具有1300%的热导可调性以及超过100万次开关周期的可靠性能。
研究人员说，“这项工作是一次了不起的合作的结果，我们能够利用我们对分子和界面的详细了解，在控制重要材料特性方面迈出了重要的一步，并有可能对现实世界产生影响。”
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