Borarsenid: Das neue Wundermittel bei der CPU- und GPU-Kühlung?
US-amerikanische Universitäten forschen an Borarsenid als Möglichkeit der Kühlung, indem es direkt in CPU- beziehungsweise GPU-Chips eingesetzt werden könnte. Den Forschern ist es inzwischen gelungen, Kristalle zu züchten, die eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit als Kupfer oder Silizium(-carbid) und ansonsten ähnliche physikalische Eigenschaften aufweisen.
Die Webseite physicsworld.com berichtet über die aktuellen Erfolge bei der Züchtung von Borarsenid. Die künstlich hergestellten Kristalle sollen in der Theorie eine Wärmeleitfähigkeit nahe derer von Diamanten (2.200 W/[m × K]) erreichen, schafften in ersten Versuchen aber nur ein Elftel davon. Inzwischen können die Forscher der University of Texas, Illinois sowie Houston größere und bessere Borarsenidkristalle herstellen, bei denen man langsam über die Integration in Chipdesigns nachdenken könne. In Siliziumchips kommen verschiedene Metalle und Halbleitermaterialien zum Einsatz, um unter anderem die thermischen Eigenschaften zu verbessern und die Transistoren miteinander zu verschalten. Metal-Layer bestehen zum Beispiel häufig aus Kupfer.
Die Kristalle erreichten inzwischen eine Größe von 4 × 2 × 1 mm. Über eine Distanz von 2 bis 4 mm werde eine Wärmeleitfähigkeit von 900 W/(m × K) bei Raumtemperatur erreicht, bei unter 20 Mikrometern auch 1.200 bis 1.300. Zum Vergleich: Kupfer hat eine Wärmeleitfähigkeit von circa 400 W/(m × K), Silizium von 150. Reines Siliziumcarbid erreicht bis zu 350 W/(m × K), weist aber eine vergleichsweise hohe Bandlücke von weit über 2 eV auf. Das heißt, bei hohen Temperaturen und Strömen isoliert das Material, statt zu leiten.
Was Borarsenid für den Einsatz in Siliziumchips interessant mache, seien die anderen physikalischen Eigenschaften: Mit 1,5 eV sei die Bandlücke vergleichbar zu Silizium. Auch der Ausdehnungskoeffizient soll auf einem vergleichbaren Niveau liegen. Unterm Strich handle es sich um den ersten Halbleiter mit solch guten thermischen Eigenschaften. Momentan verhindere allerdings vor allem noch die Ausbeute geeigneter Borarsenidkristalle beziehungsweise deren Produktionsrate einen größeren Einsatz.
. CNTs oder Graphen sind übrigens noch besser, zumindest in einer bestimmten Richtung .gif)
Diamant wird noch in den 2020er jahren alle anderen Kühlkörper ablösen. Diamant hat von allen Materialien die beste Wärmeleitfähigkeit. Muss nur günstig genug in der Herstellung werden.
Na da bin ich mal gespannt, wann dieses Technik bzw das Produkt dieser forschung bei CPUs und gpus eingesetzt wird. Wahrscheinlich nicht vor 2030 weil wir solange noch mit Mini Schritten und viel mehr Kernen hingehauen werden.
Dann könnte es ja gleichzeitig mit Intels 10nm Technologie kommen
Verfahren zur industriellen Produktion von Graphen ist gefunden - WinFuture.de
Effect of friction on oxidative graphite intercalation and high-quality graphene formation | Nature Communications
Btw - mit dem Erstautor der zweiten Quelle hab ich studiert