硅,小心——研究人员发现了半导体的未来

麻省理工学院 (MIT)、休斯顿大学和其他机构的研究人员刚刚发表了一篇有趣的论文,推测了硅的未来——或者更确切地说,可能缺乏硅。

根据该报告,在半导体制造中使用立方砷化硼 (c-BA) 代替硅可以带来许多好处,包括更好的导热性、导电性以及值得未来计算的性能提升。硅会被淘汰吗?

描绘立方砷化硼的图形。
麻省理工学院

随着硬件逐年变得越来越强大,保持散热成为全球制造商面临的日益严重的问题。随着一些下一代版本的发布,例如传闻中的Nvidia GeForce RTX 4090 显卡,据说需要高达 1,200 瓦的电源,这些硬件产生的热量确实很强烈——而且这种情况只会变得更糟产品的产生。

由于当前技术扼杀了不断增长的潜力,科学家们正试图想办法从整体上改进计算,而这样做的一个主要方法是取代硅作为制造半导体的主要材料。硅现在被广泛使用,可以在各种芯片中找到,但这并不是完美的解决方案;相反,它有很多缺陷。

麻省理工学院解释说,电子很容易穿过硅的结构,但它远没有“空穴”有效——这个术语指的是带正电的电子对应物。硅只对带负电的电子有很好的作用。就导热性而言,这也是一个非常糟糕的解决方案,以至于最好的 CPU中的高温是公认的标准,需要通过各种冷却解决方案来解决。

现在,参与该项目的研究团队着手寻找比硅更好的选择,他们发现立方砷化硼解决了硅的两个问题。它对电子和“空穴”同样适用,为全新的计算水平打开了大门。

“这很重要,因为当然在半导体中,我们同时有正电荷和负电荷。因此,如果你制造了一个设备,你希望拥有一种电子和空穴都以较小阻力传播的材料,”麻省理工学院机械工程系首席教授陈刚说。该报告还强调,立方砷化硼的导热性比其硅对应物高 10 倍。它甚至超过了铜,而且幅度也很大。

新的 IBM 和三星半导体设计。

如果立方砷化硼解决了硅的两个最大问题,它听起来像是完美的半导体材料。在论文中,科学家们将其称为“游戏规则改变者”。因此,随着计算的未来转向更好的材料,硅将被抛在后面,这是有道理的。但这不是那么简单。

到目前为止,立方砷化硼只是小批量生产,用于测试目的。硅很丰富,很容易得到,但砷化硼就没有那么多了。研究人员明确表示,是否能够以足够大的容量利用立方砷化硼来替代硅仍不确定。也许它可以小批量用于真正需要额外功率的半导体。似乎我们将不得不坚持使用久经考验的硅——至少在出现更好的解决方案之前。


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