近期，美國加州大學(xué)洛杉磯分校的一組研究人員推出了首個(gè)穩(wěn)定的全固態(tài)熱晶體管，它使用電場來控制半導(dǎo)體器件的熱運(yùn)動(dòng)。
據(jù)介紹，該晶體管具有很高的速度和性能，可以通過原子級設(shè)計(jì)和分子工程開辟計(jì)算機(jī)芯片熱管理的新領(lǐng)域，這一進(jìn)展還可以進(jìn)一步了解人體如何調(diào)節(jié)熱量。
研究人員表示，精確控制熱量如何流經(jīng)材料一直是物理學(xué)家和工程師長期以來的一個(gè)卻難以實(shí)現(xiàn)的夢想，這種新的設(shè)計(jì)原理朝這個(gè)方向邁出了一大步，因?yàn)樗ㄟ^電場的開關(guān)來管理熱運(yùn)動(dòng)，就像幾十年來電子晶體管的做法一樣。
電子晶體管是現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)構(gòu)建模塊，它們最初由貝爾實(shí)驗(yàn)室在20世紀(jì)40年代開發(fā)，具有三個(gè)電極——柵極、源極和漏極，當(dāng)通過柵極施加電場時(shí)，它會(huì)調(diào)節(jié)電流（以電子形式）如何通過芯片，這些半導(dǎo)體器件可以放大或切換電信號和功率。
但隨著多年來晶體管尺寸不斷縮小，一塊芯片上可以安裝數(shù)十億個(gè)晶體管，從而導(dǎo)致電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生更多熱量，從而影響芯片性能。傳統(tǒng)的散熱器被動(dòng)地將熱量從熱點(diǎn)處吸走，但尋找更動(dòng)態(tài)的控制來主動(dòng)調(diào)節(jié)熱量仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。
新型熱晶體管具有場效應(yīng)（通過施加外部電場來調(diào)制材料的熱導(dǎo)率）和全固態(tài)（無移動(dòng)部件），具有高性能并與半導(dǎo)體集成電路兼容制造工藝。
該團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)結(jié)合了原子界面上電荷動(dòng)力學(xué)的場效應(yīng)，從而可以使用可忽略不計(jì)的功率來連續(xù)切換和放大熱通量，從而實(shí)現(xiàn)高性能。
加州大學(xué)洛杉磯分校團(tuán)隊(duì)展示了電門控?zé)峋w管，該晶體管實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的高性能，開關(guān)速度超過1兆赫茲，即每秒100萬個(gè)周期。它們還提供1300%的熱導(dǎo)可調(diào)性以及超過100萬次開關(guān)周期的可靠性能。
