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爽風(fēng)
來自加利福尼亞州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家們已經(jīng)開發(fā)并展示了一種新型的超薄硅納米線，其散熱性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于目前使用的技術(shù)。這一發(fā)現(xiàn)可能會(huì)帶來更小、更快的微芯片，但制造可能是一個(gè)問題。
現(xiàn)代電子產(chǎn)品中的硅是廉價(jià)、豐富和良好的電導(dǎo)體。然而它不是一個(gè)好的熱導(dǎo)體。而這個(gè)問題在裝有數(shù)十億個(gè)晶體管的微型芯片中只會(huì)被放大。
正如伯克利實(shí)驗(yàn)室所說的那樣，天然硅是由三種主要的同位素組成。大約92%由同位素硅-28組成，剩余的5%和3%分別為硅-29和硅-30。
長(zhǎng)期以來，人們一直認(rèn)為用純硅-28制成的芯片可以更好地導(dǎo)熱并可能生產(chǎn)出更快和更密集的電子產(chǎn)品。這在2000年代中期進(jìn)行了測(cè)試，但單晶樣品的導(dǎo)熱性能只提高了10%。簡(jiǎn)單地說，為了這么小的收益而制造同位素純硅是不值得的，所以剩余的硅同位素材料被儲(chǔ)存在伯克利實(shí)驗(yàn)室以備其他科學(xué)家有朝一日會(huì)用到它。
幾年前，這種情況就出現(xiàn)了。
伯克利的科學(xué)家們正在試圖想出改善芯片傳熱的方法，另外他們還想知道由純硅-28制成的納米線是否會(huì)有幫助。他們跟儲(chǔ)存材料的所有者取得聯(lián)系并獲得了足夠的測(cè)試材料。
第一次測(cè)試涉及1毫米大小的散裝硅-28晶體，其結(jié)果反映了幾年前實(shí)現(xiàn)的10%的改進(jìn)。然后，該團(tuán)隊(duì)使用一種稱為無(wú)電解蝕刻的工藝來制作直徑僅為90納米(十億分之一米)的天然硅和硅-28納米線，或比一縷人類頭發(fā)薄約1000倍。
科學(xué)家們預(yù)計(jì)比以前的結(jié)果有增量，但他們震驚地看到，純納米線的導(dǎo)熱性竟然比天然硅納米線好150%。
在電子顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，研究人員在硅-28納米線的表面看到了一層玻璃狀的二氧化硅。計(jì)算模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步指出，當(dāng)沒有硅-29和硅-30的情況下，聲子無(wú)法逃到表面，在那里它們會(huì)被減慢。
聲子被描述為原子振動(dòng)的波，它在硅中攜帶熱量。當(dāng)遇到具有不同原子質(zhì)量的硅-29或硅-30時(shí)，聲子會(huì)被混淆并減慢速度進(jìn)而阻礙熱傳遞。對(duì)于純硅-28來說，這不再是一個(gè)問題。
研究負(fù)責(zé)人Junqiao Wu說道：“發(fā)現(xiàn)兩個(gè)獨(dú)立的聲子阻斷機(jī)制--表面跟同位素，以前被認(rèn)為是相互獨(dú)立的--現(xiàn)在協(xié)同工作，這使我們?cè)跓醾鲗?dǎo)中受益，這非常令人驚訝，但也非常令人高興。”
研究小組表示，他們的下一個(gè)目標(biāo)是確定他們是否能控制，而非簡(jiǎn)單地測(cè)量純硅納米線的熱傳導(dǎo)。
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