陈根：半导体新材料，助力解决芯片散热

文/陈根

英特尔创始人之一戈登·摩尔曾说过，集成电路上可以容纳的晶体管数目大约每经过18个月就会增加一倍。也就是说，处理器的性能每隔两年就会翻一倍。这句话作为经验之谈，一定程度上揭示了信息技术进步的速度，成为后来著名的“摩尔定律”。

然而，随着制程的不断演进，如何在保持良好的散热条件下，在更小的芯片上安装更多电路和电源已成为一个重要挑战，摩尔定律在近年来也有所放缓。

作为微型处理器，芯片的体积比较小，所以低介电常数材料往往是必要的，因为低介电常数材料可以限制电子串扰、电荷积累以及信号传播的延迟。然而，所有已知的低介质都表现出较低的导热性，这就使得高功率的芯片散热复杂化。

另外，虽然二维共价有机框架结合了较大的永久性孔隙，可以导致低介电常数，其周期性的层状结构也能给予相对较高的导热系数。但是，传统的合成路线产生的2D材料并不适合应用到芯片的开发中。

针对这一问题，科学家们开发出了一种基于新型聚合物的电路绝缘材料，其拥有低电导和高传热性能，能够在较小的空间内达到较高的功率。

该材料只有一个原子那么厚，可以通过在特定的体系结构中对其进行分层来控制它们的性能。另外，其能够通过控制电流以消除信号串扰，使得电子产品能够进一步突破当前的性能极限。理想情况下，它还能够将电流引起的有害热量从电路中带走。

目前，科学家们正在通过改进生产高质量 2D 聚合物薄膜的方法来应用这种新的材料类别，试图满足在密集芯片上小型化晶体管的要求。未来，该材料有望在芯片制造行业发挥巨大的潜力，甚至超越摩尔定律。