Jedním z vážných problémů, kterým budou v budoucnu čelit čipy vyrobené na 10nm procesu a nižším, je stále náročnější odvod tepla z miniaturních tranzistorů na samý povrch čipu, kde už může být teplo odebírané výkonnými pasivními nebo aktivními chladiči.
Pro řešení této úlohy se už delší dobu ukazuje s nadějemi na uhlíkové nanotrubice, které vykazují extrémně vysokou tepelnou vodivost. Problémem je, že uhlíkové nanotrubice jsou z chemického hlediska natolik stabilní, že jejich interakce s dalšími materiály je relativně slabá a v místě doteku vzniká velký tepelný odpor. Jejich velký potenciál však nenechává spát zejména Intel. Jeho inženýři Nachiket Raravikar a Ravi Prasher spojili v Národních laboratořích v Berkeley své síly s expertkou na nanotrubice Sumanjeetou Kaurovou, fyzikem Frankem Ogletreem a chemikem Brettem Helmsem.
Uhlíkové nanotrubice pod různým zvětšením
Jejich úlohou bylo vyvinout proces, díky kterému by bylo možné dosáhnout lepšího spojení nanotrubic s křemíkem, hliníkem, zlatem a mědí, tedy s materiály, které se při výrobě procesorů hojně používají. To se nakonec úspěšně povedlo s pomocí organických molekul, které byly použity pro vytvoření silné kovalentní vazby mezi nanotrubicemi a cílovými materiály.
Sumanjeet Kaurová a Brett Helms vytvořili pro spojení trubic s křemíkem a hliníkem vazbu z reaktivních molekul aminopropyl-trialkoxy-silanu (APS), zatímco pro vytvoření spojení se zlatem a mědí použili cysteamine.
Vertikálně seřazené uhlíkové nanotrubice byly přitom nejdřív „vypěstovány“ na křemíkových waferech a následně se nechaly pomocí těchto materiálů úspěšně převázat s odpařenou vrstvičkou zlata nebo hliníku (postup, který můžou uplatňovat i výrobci čipů). Výzkumný tým přitom dosáhl až šestinásobného snížení tepelného odporu oproti dosavadním postupům. V řeči reálných čísel to znamená, že dosavadní „dodatečná vzdálenost“, kterou zvýšený odpor přidával, byla snížena ze 40 mikrometrů na 7 mikrometrů.
I když je dosažený pokrok obrovský, práce výzkumného týmu stále nekončí. Podle jejich slov se totiž i při tomto postupu většina trubic s materiálem nespojuje a existuje proto prostor pro ještě větší zlepšení. Na super efektivní odvod tepla z čipů přitom v budoucnu nečekají jen křemíkové čipy na 10nm a nižším postupu, ale i jejich potenciální grafenoví nástupci, u kterých jsou tyto postupy také aplikovatelné.
Zdroj: Bit-Tech, Lawrence Berkeley National Laboratory, Nature
