Publié le 17 janvier 2024 18:45:00. Des chercheurs japonais ont mis au point une nouvelle méthode pour contrôler la dissipation thermique dans les puces électroniques, en modifiant la manière dont la chaleur se propage à l’intérieur des matériaux plutôt qu’en se contentant de l’évacuer.
- La nouvelle approche permet de moduler le flux de chaleur au niveau des composants de la puce.
- La structuration de la surface à l’échelle nanométrique limite le mouvement des phonons, les principaux porteurs de chaleur.
- L’utilisation de lasers ultrarapides permet une fabrication à l’échelle nanométrique à un rythme industriel.
La gestion thermique est un défi majeur dans la conception des appareils électroniques modernes. Actuellement, la plupart des systèmes s’appuient sur des dissipateurs de chaleur, des ventilateurs ou des systèmes de refroidissement liquide pour évacuer la chaleur générée par les composants des puces. Une équipe de chercheurs japonais propose une approche radicalement différente : contrôler activement la manière dont la chaleur se propage à l’intérieur des matériaux.
Cette nouvelle méthode repose sur la modification directe de la surface des films minces de silicium et de silice à l’échelle nanométrique, grâce à un processus de fabrication basé sur le laser. En façonnant la surface, les chercheurs peuvent influencer le comportement des phonons, les quanta d’énergie responsables du transport de la chaleur dans ces matériaux.
Le processus utilise des impulsions laser ultrarapides, d’une durée d’une femtoseconde (10-15 seconde), pour créer des rainures parallèles sur la surface du film. L’espacement et la profondeur de ces rainures sont précisément contrôlés pour correspondre à la distance moyenne parcourue par un phonon avant de se diffuser. En restreignant le mouvement des phonons, la conductivité thermique globale du matériau peut être ajustée de manière prévisible.
Les structures de surface périodiques ainsi créées, obtenues par ablation laser femtoseconde (fs-LIPSS), présentent une grande uniformité sur des surfaces relativement étendues. Combinées à une gravure sèche conventionnelle pour affiner l’épaisseur du film, ces surfaces à motifs permettent de réduire significativement la conductivité thermique. Des mesures de thermoréflectance ont confirmé ces résultats, validant ainsi les prédictions théoriques.
Les simulations numériques ont montré que cette réduction de la conductivité thermique est principalement due à la limitation de la distance de déplacement des phonons, et non à des modifications de la composition chimique ou des propriétés intrinsèques des matériaux. Cette approche offre un contrôle précis sur le transport de la chaleur, ouvrant la voie à des conceptions électroniques plus efficaces et performantes.
Un avantage majeur de cette technique réside dans sa rapidité. Le processus fs-LIPSS serait plus de 1 000 fois plus rapide que la lithographie par faisceau électronique à faisceau unique, tout en atteignant une résolution à l’échelle nanométrique. Cette différence est particulièrement importante pour les applications nécessitant le traitement de grandes surfaces, comme les couches thermiques intégrées dans les centres de données et les processeurs de haute performance.
Le processus est également sans masque et sans utilisation de résistances, ce qui simplifie les procédures de fabrication et le rend compatible avec les contraintes des procédés CMOS standard. Il peut être mis en œuvre à l’échelle d’une tranche sans nécessiter de composants ou d’étapes lithographiques supplémentaires. Les nanostructures obtenues sont mécaniquement robustes, avec une résistance jusqu’à 1 000 fois supérieure à celle obtenue avec certaines méthodes de structuration conventionnelles.
Cette technique prometteuse pourrait avoir des applications importantes dans divers domaines, notamment le calcul haute performance, les dispositifs quantiques et la gestion thermique des environnements denses, tels que les GPU des clusters qui alimentent les outils d’ intelligence artificielle. Cependant, une adoption à grande échelle dépendra de la reproductibilité, de la stabilité à long terme et du coût du procédé dans des conditions industrielles, en particulier pour les applications à grande échelle comme les centres de données.
Via Institut des sciences de Tokyo
Suivez TechRadar sur Google Actualités et ajoutez-nous comme source préférée pour obtenir nos actualités, avis et opinions d’experts dans vos flux. Assurez-vous de cliquer sur le bouton Suivre !
Et bien sûr, vous pouvez aussi Suivez TechRadar sur TikTok pour des actualités, des critiques, des déballages sous forme vidéo et recevez des mises à jour régulières de notre part sur WhatsApp aussi.
