Sut mae Nanostrwythurau Alwminiwm yn Gwella Perfformiad Transistor a Rhynggysylltu
Ar y nanoscale, mae alwminiwm yn stopio ymddwyn fel y dargludydd plaen a ddefnyddir mewn bariau bysiau pŵer ac yn dechrau ymddwyn fel deunydd peirianneg. Mae nanowires alwminiwm yn lleihau gwasgariad electronau o gymharu â sianeli silicon ac wedi dangos enillion symudedd o tua 40 y cant mewn dyfeisiau labordy, sy'n caniatáu folteddau gyrru is ar gyfer yr un cyflymder newid. Oherwydd bod modd patrwm y metel ar gydraniad nanomedr, mae pensaernïaeth rhyng-gysylltu 3D trwchus yn dod yn ymarferol, a gall haenau dyfeisiau wedi'u pentyrru gyrraedd tua 30 y cant o ddwysedd pacio uwch na chynlluniau planar.
Alwmina anodig a hunan-gosodwyd yw'r bloc adeiladu arall. Mae cymhwyso foltedd anodizing rheoledig i alwminiwm yn ffurfio crwybr o fandyllau hecsagonol y mae eu diamedr a'u graddfa bylchiad â'r paramedrau anodizing, a gall yr un cam anodizing adael haen rwystr uwch-denau tua 1 nm o drwch sy'n gweithio fel giât dielectrig. Mae cyfuno'r ddau yn cynhyrchu transistorau y mae treialon diweddar yn adrodd eu bod yn defnyddio tua 15 y cant yn llai o bŵer mewn arbrofion newid dotiau cwantwm, gyda phentyrrau haenau llawer symlach nag sydd eu hangen ar ddeuelectrig uchel confensiynol.
Rheolaeth Thermol gydag Alwminiwm Nanoporous a Chyfansawdd
Gwres yw'r ffactor cyfyngol mewn proseswyr modern, ac mae alwminiwm nanoporous yn ymosod yn uniongyrchol ar y broblem. Mae mandylledd agored gyda meintiau mandwll ymhell islaw'r llwybr rhad ac am ddim cymedrig phonon yn codi arwynebedd a sianeli cludiant phonon, gan adael i alwminiwm nanoporous afradu gwres tua thair gwaith cyfradd y copr solet mewn geometregau tebyg. Mae cyfansoddion alwminiwm wedi'u hatgyfnerthu gan graphene yn gwthio dargludedd thermol swmp i tua 500 W/mK, sydd uwchlaw copr tra'n cadw dwysedd tua thraean o'r gwerth copr.
| Ffurf materol | Swyddogaeth mewn pecyn | Perfformiad a adroddwyd |
|---|---|---|
| Ffilm alwminiwm nanoporous | Gwres yn ymledu o dan ddis | Tua 3x cyfradd afradu copr ar geometreg gyfartal |
| Graffen-cyfansawdd alwminiwm | Basplat neu sinc gwres | Dargludedd thermol ger 500 W/mK |
| Nanostrwythur alwminiwm 3D | Lefelu problem mewn-proseswyr perfformiad uchel | Gostyngiad tymheredd problemus o tua 50 y cant |
| -newid aloi alwminiwm fesul cam | Data goddefol-byffro thermol y ganolfan | Tymheredd a gedwir o fewn tua 0.5 gradd Celsius o bwynt gosod |
Mae strwythurau nanoraddfa tri dimensiwn hefyd yn lledaenu gwres yn ochrol, gan dorri tymheredd mannau problemus lleol tua hanner mewn-proseswyr pŵer uchel. Mewn canolfannau data, mae-newid aloion alwminiwm fesul cam yn amsugno ac yn rhyddhau gwres cudd i ddal tymereddau mewnfa rac o fewn tua 0.5 gradd Celsius i'r pwynt gosod, sy'n llyfnhau'r pigau llwyth sydd fel arall yn gorfodi oeryddion i dros-ymateb.
Alwminiwm Plasmonig ar gyfer Cyfathrebu Optegol
Mae alwminiwm yn cynnal cyseiniant plasmon arwyneb ar draws y sbectrwm isgoch gweladwy ac agos, a gall geometreg gronynnau diwnio ei gyseiniant. Mae strwythurau alwminiwm is-10 nm felly yn gwneud cydrannau plasmonig ymarferol ar lwyfan sydd eisoes yn gydnaws â-brosesu ar raddfa wafferi. Mae rhyng-gysylltiadau labordy gan ddefnyddio nanoantenna alwminiwm wedi dangos cyfraddau trosglwyddo data o tua 200 Gbps gyda signal wedi'i adrodd-i-welliannau sŵn, ac mae ôl troed yr arae yn gydnaws â -chip waveguides a ffotosynwyryddion. Mae croen alwmina sy'n ffurfio'n naturiol, neu haen a dyfwyd yn fwriadol i arfer EN ISO 7599, yn selio'r nanostrwythur ac yn ymestyn oes y ddyfais i ddeng mlynedd neu fwy mewn amgylcheddau llaith, sydd wedi bod yn bwynt gwan plasmoneg arian yn hanesyddol.
Heriau Gweithgynhyrchu mewn Nanoelectroneg Alwminiwm
Graddio ymchwil nanostrwythur i gynhyrchu yw'r rhan galed, ac mae pedwar cyfyngiad yn dominyddu. Gall lithograffeg pelydr electron ddatrys nodweddion hyd at tua 5 nm ond mae'n parhau i fod yn ddrud fesul ardal uned, sy'n ei gyfyngu i fasgiau a phrototeipiau. Mae dyddodiad haenau atomig, y dechneg a ddefnyddir i adeiladu'r haenau uwch-denau deuelectrig a chapsiwleiddio, yn gofyn am wactod tra-uchel yn yr ystod o 10-7 Torr ac amseroedd cylch hir. Mae alwminiwm yn ocsideiddio'n rhwydd, felly rhaid i unrhyw nanostrwythur agored gael ei amgáu yn y fan a'r lle cyn iddo adael gwactod, neu i'w ymddygiad trydanol drifftio. Yn olaf, mae trosglwyddo argraffu nanostrwythurau gorffenedig i swbstradau hyblyg neu grwm yn dal i ddioddef colledion cynnyrch o tua 30 y cant, sef y prif rwystr i gyflwyno masnachol.
Anodau Alwminiwm o'u Cymharu â-Chelloedd Ion Lithiwm
Mae alwminiwm hefyd yn cynnig llwybr allan o'r dagfa cyflenwad lithiwm. Mae anodau alwminiwm nanostrwythuredig yn storio tua thair gwaith yn fwy o wefr y gram na graffit, gyda chynhwysedd labordy yn agos at 800 mAh/g, ac mae'r haen ocsid hunan-atgyweirio yn atal twf dendrit sy'n byrhau bywyd cemegau eraill â gallu uchel. Mae celloedd prototeip wedi cyrraedd tua 5,000 o gylchoedd gwefru tra'n cadw 80 y cant o'u capasiti cychwynnol, ac mae celloedd aer alwminiwm yn darparu tua 1.2 V gyda diwedd{10}}llwybr bywyd sy'n dychwelyd yr holl fetel i bob pwrpas i'r ffrwd ailgylchu. Y tasgau peirianneg sy'n weddill yw cydweddoldeb electrolyte a rheoli'r newid cyfaint yn ystod beicio, y mae'r bensaernïaeth nanoraddfa wedi'i gynllunio'n benodol i'w amsugno.
Cwestiynau Cyffredin
C: Sut mae nanostrwythurau alwminiwm yn gwella perfformiad transistor?
Mae nanowires alwminiwm yn lleihau gwasgariad electronau ac wedi dangos enillion symudedd yn agos at 40 y cant, tra bod patrwm nanoscale yn caniatáu pensaernïaeth 3D trwchus gyda dwysedd pacio uwch tua 30 y cant.
C: Pa fantais thermol y mae alwminiwm nanoporous yn ei gynnig?
Mae nanoporosity yn cynyddu arwynebedd arwyneb ac yn sianelu cludiant ffonon, felly mae ffilmiau'n gwasgaru gwres tua theirgwaith y gyfradd o gopr, ac mae cyfansoddion alwminiwm graphene yn cyrraedd dargludedd thermol ger 500 W/mK.
C: Pam mae alwminiwm yn cael ei ddefnyddio mewn dyfeisiau plasmonig yn lle arian?
Mae alwminiwm yn atseinio ar draws tonfeddi isgoch gweladwy ac agos, mae'n gydnaws â phrosesu wafferi, ac mae'n ffurfio ocsid sefydlog sy'n amddiffyn y nanostrwythur, gan gynnal oes dyfais y tu hwnt i ddeng mlynedd.
C: Beth sy'n cyfyngu ar gynhyrchu màs nanoelectroneg alwminiwm?
Cost lithograffeg pelydr electron, y gwactod uchel iawn sydd ei angen ar gyfer dyddodiad haenau atomig, sensitifrwydd ocsigen alwminiwm agored, a cholledion cynnyrch o tua 30 y cant yn ystod argraffu trosglwyddo.
C: Pa gapasiti y mae anodau batri alwminiwm nanostrwythuredig yn ei gyrraedd?
Mae anodau labordy yn cyrraedd tua 800 mAh / g, tua thair gwaith graffit, gyda phrototeipiau yn cadw capasiti o 80 y cant ar ôl tua 5,000 o gylchoedd.
C: A yw nanostrwythurau alwminiwm yn berthnasol i oeri canolfan ddata?
Oes. Cyfnod-newid aloion alwminiwm clustogi llwythi dros dro a dal tymereddau gweithredu o fewn tua 0.5 gradd Celsius, gan leihau'r ymateb oerydd sydd ei angen yn ystod pigau pŵer rac.
