电子和声频如何促进物料系统热传输

微量化是当前和未来信息处理控制技术的关键特征之一裁小电子组件容量的能力受电导率下降和热能散射增加的限制,因为设备接近纳米级系统研究Ir/AL/MGO内部高纯度膜的电子和振动特征物料系统博士克里斯佩雷斯美国斯坦福大学合作者披露机制后热传输系统

当今电子设备技术与质量消耗依赖集成电路,集成电路装有数十亿晶体管晶体管通过被称为互连的金属线连接互连负责电路内信号传输和确保设备内电源分配

纳米电子学

现代电子学日益复杂和需求导致晶体管规模逐步缩小,小晶体管处理速度更高,能耗较低,小区内可大数打包并发互连规模远非难实现电线变薄,电流下降,能量以热的形式消散,这会限制集成电路性能、可靠性和效率改善互连热性能因此是综合电子学和帮助开发基于纳米技术的未来替代计算方法方面的主要挑战之一,包括复元学(利用电子自然磁性及电荷生成快速计算机)和神经变形计算法(受人脑结构和函数启发的计算法)。

大小特效

互连即高层比金属实例之一,其中一维比二维大得多现代纳米技术使得有可能创建这些微线的纳米版,尺寸接近脱氧核糖核酸分子剖面面积下降会增加电线表面电子散射,从而降低电动能粒子边界是金属结构内不同晶状域间接口,可降低电子运动性并解释稀疏线比散装金属电流下降的“大小效果”。

互连素材

铜传统上用于互连,因为高电导率铜纳米线直径约10纳米(一毫米相当于10兆米)中,阻抗力比散装金属增加一阶次,转而导致信号延迟和耗能增加约40倍并解释美国斯坦福大学Chris Perce

电子和honons都存在于金属中,并可作为热传输载体

互连工程新概念

使用除铜以外的材料被提议为一种方式,以最小化互连性大小效果的后果材料建模、发现和编译需要大有进展,才能在技术应用中应用适当的铜替代物二维素材可提供有希望的替代传统铜纳米线原子稀薄系统,如单层石化物、六角亚硝化物和过渡金属硫化物(例如MOS2和TAS2)可以作为铜或钴等金属的衬里材料二维材料和金属界面特征极低金属阻抗度,有可能提供一条通向生成带高传导性小金属互连的路径

Phonons热载波

研究多层复合物或异形结构对负责热传导机制有相当深入的了解外层结构由薄金属材料分层组成,半导层交替使用而在金属中热电传导通常归结为自由电子迁移-即金属板内电子并不受原子核约束-半导体无界电子缺失热传导在此由honons迁移解释,这些移位是半导体晶体结构中原子集体振荡

混合结构热传输

Phonons行为像量子机粒子,并可以作为半导体内热载波然而,在金属/半导体异形结构中,金属层厚度几纳米排序时,传导波可提供热传输机制,即使是金属层也是如此。机制大大增强这些特定系统跨层热传输外加金属层厚度减到电子平均自由路径-电子相撞前平均距离损耗部分动能-更多电子可飞向金属/半导体接口,在那里它们无休止散居他们的能量可转至honons系统,提供机制从金属电子热传输系统向半导层phonon系统输送能量,进一步提高全异位结构热传导性

全金属异构

热通过honons传导显示在完全由金属层组成并交替使用两组堆叠金属,例如金和镍等结构中发挥重要作用。电子和honons都存在于金属中,它们可起载热传输作用。尽管如此,通过金属板内自由电子传导通常被视为金属热传输的主导机制。然而,在金属异形结构中,两个不同金属层接口热交换只能通过honons实现,因为电子传统上被认为无法穿透边界

光谱相异度决定声调从一种材料移到另一种材料的易易度

电-电-电-电联

潜在机制解释热传输金属异形结构引用电子-phonon交互Perez表示:「热流接口需要混合或对偶交换能量发热声波可传递这种能量跨界面 。 imm-thin金属层电-phonon联动因此在金属电路结构热传中起着关键作用

薄膜纳米结构

这份关于金属/半导体和金属/金属纳米结构的工作证明存在超经典热迁移路径,跨纳米尺寸界面,原则上可以利用这些路径优化新设备处理热的能力Perez和同事以这些发现为基础开发出更详细模型说明电子和声波结构行为使用电热测量法和人文学建模法研究铝金属层和镁氧化层间高质量薄层热行为

光谱热传输

Perez工作的一个中心结果就是phonone载波层接口迁移能力与其频谱性质有关键联系视晶状阵列化学组成和结构而定,honons显示不同行为视振动能函数光谱相匹配度决定声波从一种材料移到另一种材料的易易度纳米级层,当厚度接近热载量平均自由路径时,热传输涉及相邻界面交互作用,电子和光农行为都作为金属层中的载量作用视金属层厚度而定,交叉热传导可按三种不同模式发生:电子主控式、phonotive主控式和econd-phonen能量转换主控式实际系统所有这些现象的交互作用最终决定金属异形结构热特征

Perez发现新光源 之前未探索物理方面 热传导 和能量转换过程并产生重要的实用技术影响,为制造新的电热设备铺路,通过调整金属电流结构层的厚度和结构调整主流交通机制