CPU耐高温时代来临
综合报道
酷热的夏日午后，大四学生韩松坐在电脑前，挥汗如雨地赶写试验报告。突然，韩松惊恐地发现电脑屏幕黑了，再也无法启动──由于温度过高，CPU已经烧毁了。
“如果CPU不需要降温……”韩松和同学们不无怨尤地假设。而最近日本科学家宣布，随着碳化硅芯片的应用，这种假设将成为现实。
碳化硅芯片的关键一步
8月底，日本丰田公司中心实验室的一个研究小组宣布，他们发明了一种制造碳化硅的新工艺，能够用便捷的方式生产出直径为3英寸的碳化硅晶体，而且瑕疵的比例低于1%。这一成果表明科学家们已经跨出了利用碳化硅大规模生产芯片的关键一步。
科学家介绍，目前的电脑芯片是通过对硅进行熔化和冷却等多个过程后制成的。硅芯片有一个致命的弱点：对温度过于“敏感”。在高温下往往会失效，甚至因为受不了自身电路产生的热量而烧毁。因此，在使用电脑时，对散热、降温配置的要求比较高。
由于硅的这些弱点，科学家们开始寻找替代品，碳化硅芯片正是下一代处理器的候选者之一。
碳化硅是一种由碳元素和硅元素构成的无机非金属材料，具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性及较强的耐高温性等特点，深受科学家的青睐。最新的研究表明，即使在650℃的高温环境中，没有任何冷却装置的情况下，碳化硅芯片仍然能够正常运行。
硅的有力冲击者
从上个世纪末开始，科学家们就开始将碳化硅应用到半导体行业中。但由于硬度高、熔点高，碳化硅的锻制过程相当费劲，生产成本极为高昂。科学家介绍，由于碳元素和硅元素排列方式的不同，会得到很多种结晶类型，其中，立方体单结晶的性能最好。不过，高品质结晶不易培育，此前通过传统的制造工艺得到的碳化硅晶体50%都有杂质、气泡等瑕疵，无法大规模生产。
而高村带领的丰田公司中央实验室的研究小组则采用了一种全新的方式来分阶段制造碳化硅：在每一个阶段开始时，用高温蒸气沉淀的方式，使得碳化硅晶体只能在最洁净的表面生长。通过这种方式得到的碳化硅晶体，几乎没有任何瑕疵，而且发热量也只有普通硅晶体的1/3到1/2。由于瑕疵出现的几率几乎为零，生产成本也大幅度降低。
“试验的成果非常显著，这是材料科学领域的巨大革新！碳化硅终将成为硅的‘半导体之王’地位的有力冲击者！”评论这个成果时，法国材料物理学家Roland Madar无法压抑自己的喜悦和激动。
广阔的应用前景
Roland Madar的话并非夸大。试验数据表示，碳化硅的能带隙(每一种半导体只能吸收特定能量范围的光子，这个范围称为该材料的“能带隙”)为硅的2.8倍，达到3.09电子伏特；绝缘强度为硅的5.3倍，高达3.2MV/cm；导热率是硅的3.3倍，达到了49w/cm.k.。这组枯燥的数据，显示了一个不容置疑的事实：装备碳化硅芯片的电脑将更能忍受各种恶劣的环境，而且运算速度更快，性能更好。
而碳化硅的用途并非仅仅陷于PC领域。英国纽卡斯尔大学的电子学专家赖特就表示：碳化硅“将对社会产生广泛的影响”。以汽车为例，一是汽车需要可在120℃以上的高温下正常工作的半导体组件。在高温条件下，硅需要散热装置，而碳化硅则不需要散热也可正常使用。同时，试验表明，碳化硅芯片甚至能够经受住金星甚至太阳附近的热度，因此在宇航和太空探索领域将大有可为。在通讯领域和家电领域，碳化硅芯片也具有广阔的前景。
丰田公司的研究人员表示，碳化硅将在6年内实现量产，而科学家们坚信，随着碳化硅的量产，CPU的耐高温时代也就来临。