Электронный микроскоп сможет измерять температуру в микрочипах

Микроскопические размеры современных транзисторов увеличивают их полезность, но, одновременно, сводят на нет попытки выявить в них места наибольшего нагрева, в которых наиболее вероятно возникновение поломок. Большинство зондов превосходят измеряемое устройство по габаритам и вносят слишком большую ошибку в измерения. Поэтому, в настоящее время, производители вынуждены руководствоваться результатами компьютерного моделирования тепловых режимов работы микрочипов без подтверждения их опытными данными.

В работе, опубликованной 6 февраля в журнале Science, коллектив университетов Лос-Анджелеса (UCLA) и Южной Калифорнии (USC) предложил новый подход к измерению температуры в микроэлектронных устройствах. Проблему слишком больших термодатчиков они решили, отказавшись от них совсем.

При нагреве материалы расширяются, то есть плотность их уменьшается. Это означает, что температуру можно определить косвенно, путем измерения этих параметров.

Для проверки этой идеи был взят алюминий, как материал, обладающий относительно большим коэффициентом температурного расширения. На него направляли изображающий луч трансмиссионного электронного микроскопа (TEM), что вызывало колебания зарядов в металле. Энергия таких осцилляций (плазмонов) зависит от плотности среды, поэтому, измеряя ее методом спектроскопии характеристических потерь энергии электронами (electron energy loss spectroscopy, EELS), ученые смогли точно определить температуру на участке поверхности алюминиевого образца с нанометровым разрешением.

Команда намерена перенести свою методику PEET (Plasmon Energy Expansion Thermometry) и на другие материалы, включая основу транзисторов — кремний. Большинство полупроводников и прочих материалов имеют подходящие свойства, чтобы их можно было использовать в качестве собственных термометров.

Авторы указывают, что их метод позволяет измерять температуру не только на поверхности, но и внутри микроэлектронных устройств. Немаловажно, что рабочим инструментом служит уже широко применяемый в индустрии TEM, это упрощает внедрение PEET в производство.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI