Công nghệ chế tạo chất bán dẫn
mang lại lợi ích cho việc điều khiển
nhiệt
Điều khiển nhiệt hay còn gọi là tản nhiệt, là vấn đề ngày càng trở nên quan trọng đối với
các chất bán dẫn. Ở mức độ trung bình, vấn đề về tản nhiệt có thể giải quyết được với
nhiều cách thức khác nhau bao
gồm những đường ống tản
nhiệt.
Nhưng đây là một hướng tiếp
cận không mấy thuận lợi, trước
hết là theo ý kiến của ông Paul
Magill thuộc phòng phát triển
kinh doanh và thương mại của
tổ chức Nextreme.
Ông cho rằng: “Chỉ một vài
điểm rất nhỏ trên vi xử lý có
nhiệt độ cao thì phương pháp
điều khiển nhiệt truyền thống có thể làm mát toàn bộ vi xử lý. Tuy nhiên việc này không
chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của vi xử lý, mà nhiệt lượng của VXL sẽ chuyển ra
môi trường bên ngoài và quá trình làm việc của máy tính sẽ không hiệu quả.”
Giải pháp của Nextreme là định vị các phần tử ở phạm vi kích thước Micrô-mét. Ông nói:
“Chúng tôi có thể làm mát VXL ngay tại điểm tạo ra nguồn nhiệt”. Và giải pháp này
được sử dụng trong hiệu ứng Peltier, dựa trên công nghệ nhiệt điện màng mỏng, mà tổ

chức gọi đó là “Va chạm nhiệt”.
Nextreme là một tổ chức thành lập được bốn năm, một nhánh của Viện Nghiên cứu Tam
hợp ở phía Bắc Carolina, có thế mạnh về IP với khoảng 30 bằng sáng chế được chấp
nhận và được ứng dụng rộng rãi trên thực tế. Tuy nhiên vấn đề quan trọng thứ hai là làm
sao để liên kết được với các quy trình công nghệ chế tạo”. Nhưng đó không hoàn toàn là
nhiệm vụ của Nextreme mà cũng phụ thuộc vào một nhánh còn lại là tổ chức NASA's
JP.

thụ và khả năng tiếp đất.
“Có khoảng 7000 điểm làm việc trong một
gói nhưng chỉ có khoảng 300 điểm sử
dụng cho tín hiệu, những điểm còn lại đều
dư thừa. Chúng ta có thể làm mát những con chíp này bằng cách phân vùng 10 hoặc 20
điểm nhiệt thành một cụm và có kích thước khoảng 250µm. Chiến dịch lâu dài của chúng
tôi là nghiên cứu tìm ra những thiết kế phù hợp cho những vị trí mà tại đó nhiệt độ tăng
lên rất cao kể cả những điểm làm việc nhiệt điện”.
Nextreme đang theo đuổi hướng phát triển này mặc dù ông Magill thừa nhận rằng việc
làm mát dựa trên phương pháp nhiệt điện gây xôn xao trong giới tiêu dùng. “Do người
dân thường sử dụng gần nguồn nhiệt có công suất lớn. Nếu chúng ta thiết kế vị trí có
khoảng không trao đổi nhiệt bên ngoài phù hợp thì nhiệt độ làm mát sẽ chỉ từ 8 đến10°,
chứ không phải từ 50 đến 70°."
Nhưng ông cũng khẳng định: “Cần lưu ý rằng vấn đề tản nhiệt đang ngày càng trở thành
một vấn đề mang tính toàn cầu và không lâu nữa nó sẽ trở thành nhân tố quyết định”.
Tiêu biểu nhất là những hệ làm mát theo phương pháp nhiệt điện có bề dày từ khoảng 5
đến 25µm và được chế tạo tương thích với các cấu trúc dựa trên công nghệ chất bán dẫn.
Ông Magill giải thích: “Có hai phần tử mang nhiệt, một là Phonon ánh sáng, nếu chúng
tồn tại và dao động lượng tử có giới hạn nhưng không theo phương nhất định và sinh ra

lượng nhiệt dư thừa. Phần tử thứ hai chính là các điện tử, tuy nhiên chúng ta có thể sử
dụng một số các vật liệu khác để tản nhiệt.”
Sự khác biệt của vật liệu bán dẫn là ở chỗ là dòng nhiệt có thể sinh ra có định hướng.
Điện tử có thể chuyển nhiệt từ mặt này thông qua mặt còn lại, nhưng đường dẫn quay trở
lại thì mới thực sự có tác dụng. Điều này yêu cầu hai loại vật liệu khác nhau, trong đó
một loại đóng vai trò chính là vận chuyển các điện tử, loại còn lại đóng vai trò vận
chuyển lỗ trống. Vì thế chúng ta cần loại bán dẫn p-n. Quá trình bắt đầu xảy ra khi màng
mỏng Bismuth Teluric cấy ghép với một loại vật liệu khác để tạo thành những hạt tải p-n.
Màng mỏng là một dạng đơn tinh thể và chúng ta có thể kích thích chúng bằng cách
nhường điện tử hoặc nhận điện tử.