El material de control del calor mantiene las computadoras funcionando frías

Los procesadores de computadora se han reducido a escalas nanométricas a lo largo de los años, con miles de millones de transistores en un solo chip de computadora. Si bien el mayor número de transistores ayuda a que las computadoras sean más rápidas y poderosas, también genera más puntos calientes en un espacio altamente condensado. Sin una forma eficiente de disipar el calor durante el funcionamiento, los procesadores de las computadoras se ralentizan y dan como resultado una computación poco confiable e ineficiente. Además, el calor altamente concentrado y las elevadas temperaturas de los chips informáticos requieren energía adicional para evitar que los procesadores se sobrecalienten.

Se desarrolló un material de manejo térmico ultraelevado, el arseniuro de boro sin defectos, que es más efectivo para estirar y disipar el calor que otros materiales metálicos o semiconductores conocidos, como el diamante y el carburo de silicio. Los investigadores integraron el material en chips de computadora con transistores de banda ancha de nitruro de galio de última generación llamados transistores de alta movilidad de electrones (HEMT).

Cuando los procesadores se ejecutaban casi a su capacidad máxima, los chips que usaban arseniuro de boro como difusor de calor mostraban un aumento máximo de calor desde la temperatura ambiente hasta casi 188 °F. Esto es significativamente más bajo que los chips que usan diamante para difundir el calor, con temperaturas que aumentan a aproximadamente 278 °F o los que tienen carburo de silicio que muestran un aumento de calor a aproximadamente 332 °F.

Estos resultados muestran claramente que los dispositivos de arseniuro de boro pueden soportar una potencia de funcionamiento mucho mayor que los procesadores que utilizan materiales de gestión térmica tradicionales. El arseniuro de boro es ideal para la gestión del calor porque no solo muestra una excelente conductividad térmica, sino que también muestra una baja resistencia al transporte de calor. Cuando el calor cruza un límite de un material a otro, normalmente hay cierta desaceleración para pasar al siguiente material. El material de arseniuro de boro tiene una resistencia límite térmica muy baja.

El equipo también ha desarrollado fosfuro de boro como otro excelente candidato a disipador de calor. Durante sus experimentos, los investigadores primero ilustraron la forma de construir una estructura de semiconductor utilizando arseniuro de boro y luego integraron el material en un diseño de chip HEMT.

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