如何破解晶片发展摩尔定律暂停下来的困局

如何破解晶片发展摩尔定律暂停下来的困局

如何破解晶片发展摩尔定律暂停下来的困局

摩尔定律是由英特尔(Intel)创始人之一戈登·摩尔(GordonMoore)提出来的。其内容为:当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。换言之,每一美元所能买到的电脑性能,将每隔18-24个月翻一倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。

尽管这种趋势已经持续了超过半个世纪,摩尔定律仍应该被认为是观测或推测,而不是一个物理或自然法。预计定律将持续到至少2015年或2020年[1]。然而,2010年国际半导体技术发展路线图的更新增长已经放缓在2013年年底,之后的时间里电晶体数量密度预计只会每三年翻一番。

但事实上,但现在为止,最新一次的翻一番并未实现。问题出在哪里呢?生活哥认为,原因是出现了技术障碍--无法散热!

集成电路中,数以亿计的每一个电晶体,都需要有电流通过,有电流通过就一定会产生电阻热,集成度越高,集成的电晶体越多,热量聚集的越快越多,电晶体一般的工作温度都在70度以下,过热后直接影响其性能,或者因热致电流的进一步加大直接烧毁。因此,如何在有限的空间内快速散热,一直是各大晶片厂商努力解决的技术难题。

然而运气好的是,生活哥居然找到了一种技术方案,可以让晶片的发热减少,让频率还可以继续往上飙,让摩尔定律还有机会发展。

生活哥的方案很简单,就是在晶片内的每一个电晶体的电子流出端生长一层相反极性的半导体材料,中间有导体隔开,不会形成PN结,等于为晶片内的每一个电晶体(包括二极体)安装一个能级差的发电机。也就是利用帕尔帖效应和塞贝克效应,回收每个从电晶体流出来的电子的能量。这里不是温差发电,而是塞贝克(Seebeck)效应中,电子流过两种不同电导体时会吸热或者放热的过程。当两种导体的热电效应差异足够大时,电子流过跨越这两种材料时吸收的热量将大于其产生的焦耳热,那就等于为每个工作单元独立安装一个空调机。根据ΔV

=kΔT=k(T2-T1),因为能量的回收,单元的压降会降低,这对于降耗、环保指标都有不可估量的效果。

如何破解晶片发展摩尔定律暂停下来的困局

温度的本质就是能量,能量回收了,发热就降低了。每个电晶体即便是只有0.0001J的能量被回收,当数以亿计的能量回收单元持续发挥作用时,其效果也会可观的令摩尔先生眉开眼笑。

当这个结构用于大功率的整流二极体以及目前的大功率LED中时,由于电流大,seebeck效应也大,降低发热效果明显。制造过程,仅仅是在出炉前,回炉蒸镀一次导体与相反的半导体材料即可,不影响后期的打金线、封装等任何工序。生产过程简单,效果更明显,成本低廉。

如果你是集成电路晶片、LED晶片、大功率电晶体的生产商,不妨联系生活哥。emailto:lester@pku.edu.cn

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