Исследователи из Университета штата Пенсильвания разработали то, что они называют микроскопическими датчиками температуры, достаточно малыми, чтобы встраивать их непосредственно в процессорные чипы, согласно статье, опубликованной 6 марта в Nature Sensors. Датчики, созданные из нового класса двумерных материалов, способны обнаруживать изменения температуры за 100 наносекунд — в миллионы раз быстрее моргания, говорится в пресс-релизе Университета штата Пенсильвания — и занимают всего один квадратный микрометр, настолько малый размер, что тысячи таких датчиков можно разместить на одном чипе. В настоящее время процессоры используют датчики температуры, расположенные за пределами самой подложки чипа, что ограничивает скорость и точность теплового мониторинга. Этот пробел важен, поскольку отдельные транзисторы могут резко нагреваться быстрее, чем внешние датчики успевают это зарегистрировать, вынуждая чипы применять консервативное тепловое дросселирование ко всем ядрам, вместо того чтобы реагировать на локальные горячие точки. Разработка Университета штата Пенсильвания решает эту проблему путем интеграции сенсоров непосредственно в кремний с использованием тех же электрических токов, которые уже проходят через чип. Датчики построены из биметаллических тиофосфатов — двумерного материала, ранее не использовавшегося в тепловом зондировании. Ключевое свойство материала заключается в том, что его ионы продолжают свободно перемещаться даже при воздействии электрического тока. Это поведение, которое инженеры чипов обычно стараются устранить в транзисторах, команда Университета штата Пенсильвания использовала в своих целях, сочетая ионный транспорт для обнаружения температуры с электронным транспортом для считывания этих тепловых данных. В результате получился датчик, который, по утверждению исследователей, не требует дополнительной схемы или преобразователей сигнала и потребляет до 80 раз меньше энергии, чем традиционные кремниевые тепловые датчики. «То, что обычно нежелательно для промышленности в транзисторах, на самом деле отлично подходит для теплового зондирования, поэтому мы действительно постарались использовать это в нашей разработке», — сказал Саптарши Дас, профессор инженерной механики в Университете штата Пенсильвания и ответственный автор статьи. «Вместо того чтобы пытаться удалить эти ионы из системы, мы используем их в наших интересах», — продолжил он, добавив, что сочетание ионов для измерения температуры и электронов для считывания этих тепловых данных позволило команде создать чрезвычайно точное, но компактное устройство. Дас, однако, ясно дал понять, что работа является концептуальным доказательством. Хотя датчики были изготовлены и протестированы в лаборатории с использованием Нанофабрикационной лаборатории Института материаловедения Университета штата Пенсильвания, путь к коммерческой интеграции в чипы потребует от производителей чипов проверки процесса в масштабе. Тем не менее, продемонстрированные характеристики — время отклика 100 наносекунд, площадь в один квадратный микрометр и отсутствие необходимости в дополнительной схеме — устраняют некоторые ограничения, которые мешали внедрению теплового мониторинга на кристалле в серийные полупроводники.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Luke James
