3 月 9 日消息，當(dāng)?shù)貢r間 3 月 6 日發(fā)表在《自然 · 傳感器》（Nature Sensors）上的一篇論文顯示，賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員開發(fā)出了他們所稱的微型溫度傳感器，其尺寸小到可直接嵌入處理器芯片內(nèi)部。

據(jù)了解，這種傳感器采用一類新型二維材料制成，能在 100 納秒內(nèi)檢測到溫度變化，賓州州立大學(xué)的新聞稿稱，這比人眼眨眼的速度快數(shù)百萬倍，且體積僅 1 平方微米。如此微小的尺寸意味著，單個芯片上可集成數(shù)千個這樣的傳感器。

目前處理器的溫度傳感器都置于芯片裸片外部，這限制了熱監(jiān)測的速度與精度。這一差距至關(guān)重要：單個晶體管的溫度飆升速度，往往快于外部傳感器的響應(yīng)速度，這迫使芯片對整個核心采取保守的熱節(jié)流，而非針對局部熱點做出響應(yīng)。賓州州立大學(xué)的設(shè)計則通過將傳感單元直接集成到硅片中，并利用芯片中已有的電流來解決這一問題。

該傳感器由雙金屬硫代磷酸鹽制成，這是一種此前未用于熱傳感領(lǐng)域的二維材料。這種材料的關(guān)鍵特性是：即使在通電狀態(tài)下，其離子仍能自由移動。芯片工程師在設(shè)計晶體管時通常會設(shè)法消除這一特性，但賓州州立大學(xué)團(tuán)隊反其道而行之，將離子傳輸用于溫度檢測，電子傳輸用于讀取熱數(shù)據(jù)。

研究人員表示，由此制成的傳感器無需額外電路或信號轉(zhuǎn)換器，功耗是傳統(tǒng)硅基熱傳感器的不到 1/80。

賓州州立大學(xué)工程科學(xué)與力學(xué)教授、該論文通訊作者薩普塔什 · 達(dá)斯說：“工業(yè)界在晶體管中通常不想要的特性，對熱傳感來說卻非常理想，因此我們在設(shè)計中充分利用了這一點。我們沒有試圖從系統(tǒng)中去除這些離子，而是將它們?yōu)槲宜谩！?/p>

他進(jìn)一步解釋，將離子用于溫度傳感、電子用于讀取熱數(shù)據(jù)的結(jié)合方式，讓團(tuán)隊造出了精度極高且極為緊湊的器件。

不過達(dá)斯明確表示，這項工作目前還只是概念驗證。盡管傳感器已在該校材料研究所納米制造實驗室完成制備與測試，但要實現(xiàn)商用芯片集成，還需要芯片制造商對該工藝進(jìn)行大規(guī)模驗證。

即便如此，其已展示出的性能指標(biāo) ——100 納秒響應(yīng)時間、1 平方微米面積、無需額外電路，已經(jīng)解決了不少阻礙片上熱監(jiān)測進(jìn)入量產(chǎn)硅片的關(guān)鍵限制。