Travailler pour remédier aux "hotspots" dans les puces informatiques qui dégradent leurs performances, Les ingénieurs de l'UCLA ont développé un nouveau matériau semi-conducteur, arséniure de bore sans défaut, qui est plus efficace pour extraire et dissiper la chaleur perdue que tout autre semi-conducteur ou matériau métallique connu.

Cela pourrait potentiellement révolutionner les conceptions de gestion thermique pour les processeurs informatiques et autres appareils électroniques, ou pour les appareils basés sur la lumière comme les LED.

L'étude a été publiée récemment dans Science et était dirigé par Yongjie Hu, Professeur adjoint de génie mécanique et aérospatial à l'UCLA.

Les processeurs informatiques ont continué à se réduire à des tailles nanométriques où aujourd'hui il peut y avoir des milliards de transistors sur une seule puce. Ce phénomène est décrit par la loi de Moore, qui prédit que le nombre de transistors sur une puce doublera environ tous les deux ans. Chaque génération de puces plus petite contribue à rendre les ordinateurs plus rapides, plus puissant et capable de faire plus de travail. Mais faire plus de travail signifie également qu'ils génèrent plus de chaleur.

La gestion de la chaleur dans l'électronique est de plus en plus devenue l'un des plus grands défis dans l'optimisation des performances. La chaleur élevée est un problème pour deux raisons. D'abord, à mesure que la taille des transistors diminue, plus de chaleur est générée dans la même empreinte. Cette chaleur élevée ralentit la vitesse du processeur, en particulier aux "points chauds" sur les copeaux où la chaleur se concentre et les températures montent en flèche. Seconde, beaucoup d'énergie est utilisée pour garder ces processeurs au frais. Si les processeurs ne sont pas aussi chauds en premier lieu, alors ils pourraient travailler plus vite et beaucoup moins d'énergie serait nécessaire pour les garder au frais.

L'étude de l'UCLA était le point culminant de plusieurs années de recherche de Hu et de ses étudiants qui comprenaient la conception et la fabrication des matériaux, modélisation prédictive, et des mesures de précision des températures.

L'arséniure de bore sans défaut, qui a été faite pour la première fois par l'équipe de l'UCLA, a une conductivité thermique record, plus de trois fois plus rapide à conduire la chaleur que les matériaux actuellement utilisés, tels que le carbure de silicium et le cuivre, de sorte que la chaleur qui se concentrerait autrement dans les points chauds soit rapidement évacuée.

"Ce matériau pourrait aider à améliorer considérablement les performances et à réduire la demande d'énergie dans toutes sortes d'électronique, des petits appareils aux équipements de centre de données informatiques les plus avancés, " Hu a déclaré. " Il a un excellent potentiel pour être intégré dans les processus de fabrication actuels en raison de ses propriétés de semi-conducteur et de la capacité démontrée à étendre cette technologie. Il pourrait remplacer les matériaux semi-conducteurs de pointe actuels pour les ordinateurs et révolutionner l'industrie électronique. »

Les autres auteurs de l'étude sont des étudiants diplômés de l'UCLA dans le groupe de recherche de Hu :Joonsang Kang, Homme Li, Huan Wu, et Huuduy Nguyen.

En plus de l'impact pour les appareils électroniques et photoniques, l'étude a également révélé de nouvelles connaissances fondamentales sur la physique de la façon dont la chaleur s'écoule à travers un matériau.

"Ce succès illustre le pouvoir de combiner les expériences et la théorie dans la découverte de nouveaux matériaux, et je pense que cette approche continuera à repousser les frontières scientifiques dans de nombreux domaines, y compris l'énergie, électronique, et applications photoniques, " a dit Hu.