Un nouveau matériau de gestion de la chaleur maintient les ordinateurs au frais

Un nouveau matériau de gestion de la chaleur maintient les ordinateurs au frais

Image en microscopie électronique d’une interface d’hétérostructure nitrure de gallium-arséniure de bore à résolution atomique. Crédit : Le H-Lab/UCLA

Les ingénieurs de l’UCLA ont démontré l’intégration réussie d’un nouveau matériau semi-conducteur dans des puces informatiques haute puissance pour réduire la chaleur sur les processeurs et améliorer leurs performances. Cette avancée augmente considérablement l’efficacité énergétique des ordinateurs et permet une évacuation de la chaleur au-delà des meilleurs dispositifs de gestion thermique actuellement disponibles.

La recherche a été dirigée par Yongjie Hu, professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial à la UCLA Samueli School of Engineering. Nature Électronique a récemment publié la découverte dans cet article.

Les processeurs informatiques se sont réduits à des échelles nanométriques au fil des ans, avec des milliards de transistors assis sur une seule puce informatique. Bien que le nombre accru de transistors contribue à rendre les ordinateurs plus rapides et plus puissants, il génère également plus de points chauds dans un espace très condensé. Sans moyen efficace de dissiper la chaleur pendant le fonctionnement, les processeurs informatiques ralentissent et entraînent un calcul peu fiable et inefficace. De plus, la chaleur très concentrée et les températures élevées des puces informatiques nécessitent une énergie supplémentaire pour empêcher les processeurs de surchauffer.

Afin de résoudre le problème, Hu et son équipe avaient été les pionniers du développement d’un nouveau matériau à gestion thermique ultra-élevée en 2018. Les chercheurs ont développé de l’arséniure de bore sans défaut dans leur laboratoire et l’ont trouvé beaucoup plus efficace pour attirer et dissiper la chaleur. que d’autres matériaux métalliques ou semi-conducteurs connus tels que le diamant et le carbure de silicium. Aujourd’hui, pour la première fois, l’équipe a réussi à démontrer l’efficacité du matériau en l’intégrant dans des appareils à haute puissance.

Un nouveau matériau de gestion de la chaleur maintient les ordinateurs au frais

Schéma d’emballage de micropuce et de refroidissement de puce électronique à l’aide d’un dissipateur de chaleur Crédit : Le H-Lab/UCLA

Dans leurs expériences, les chercheurs ont utilisé des puces informatiques avec des transistors de pointe à large bande interdite en nitrure de gallium appelés transistors à haute mobilité électronique (HEMT). Lors de l’exécution des processeurs à une capacité presque maximale, les puces qui utilisaient de l’arséniure de bore comme dissipateur de chaleur ont montré une augmentation maximale de la chaleur de la température ambiante à près de 188 degrés Fahrenheit. Ceci est nettement inférieur à celui des puces utilisant du diamant pour diffuser la chaleur, avec des températures atteignant environ 278 degrés Fahrenheit, ou celles avec du carbure de silicium montrant une augmentation de la chaleur jusqu’à environ 332 degrés Fahrenheit.

« Ces résultats montrent clairement que les dispositifs à l’arséniure de bore peuvent supporter une puissance de fonctionnement beaucoup plus élevée que les processeurs utilisant des matériaux de gestion thermique traditionnels », a déclaré Hu. « Et nos expériences ont été réalisées dans des conditions où la plupart des technologies actuelles échoueraient. Ce développement représente une nouvelle performance de référence et montre un grand potentiel pour les applications dans l’électronique haute puissance et les futurs boîtiers électroniques. »

Selon Hu, l’arséniure de bore est idéal pour la gestion de la chaleur car il présente non seulement une excellente conductivité thermique, mais présente également une faible résistance au transport thermique.

« Lorsque la chaleur traverse une frontière d’un matériau à un autre, il y a généralement un certain ralentissement pour entrer dans le matériau suivant », a déclaré Hu. « La caractéristique clé de notre matériau à base d’arséniure de bore est sa très faible résistance aux limites thermiques. C’est un peu comme si la chaleur avait juste besoin de franchir un trottoir, plutôt que de sauter un obstacle.

L’équipe a également développé le phosphure de bore comme autre excellent candidat pour l’épandage de chaleur. Au cours de leurs expériences, les chercheurs ont d’abord illustré la manière de construire une structure semi-conductrice à l’aide d’arséniure de bore, puis ont intégré le matériau dans une conception de puce HEMT. La démonstration réussie ouvre la voie à l’adoption de la technologie par l’industrie.


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Plus d’information:
Joon Sang Kang et al, Intégration de substrats de refroidissement à l’arséniure de bore dans des dispositifs au nitrure de gallium, Nature Électronique (2021). DOI : 10.1038 / s41928-021-00595-9

Fourni par l’Université de Californie, Los Angeles

Citation: Un nouveau matériau de gestion de la chaleur maintient les ordinateurs au frais (2021, 30 juin) récupéré le 30 juin 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-06-heat-management-material-cool.html

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