3 月 9 日消息，當地時間 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部。

據了解，這種傳感器采用一類新型二維材料制成，能在 100 納秒內檢測到溫度變化，賓州州立大學的新聞稿稱，這比人眼眨眼的速度快數百萬倍，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。賓州州立大學的設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域的二維材料。這種材料的關鍵特性是：即使在通電狀態(tài)下，其離子仍能自由移動。芯片工程師在設計晶體管時通常會設法消除這一特性，但賓州州立大學團隊反其道而行之，將離子傳輸用于溫度檢測，電子傳輸用于讀取熱數據。

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

賓州州立大學工程科學與力學教授、該論文通訊作者薩普塔什 · 達斯說：“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，因此我們在設計中充分利用了這一點。我們沒有試圖從系統中去除這些離子，而是將它們?yōu)槲宜??！?/p>

他進一步解釋，將離子用于溫度傳感、電子用于讀取熱數據的結合方式，讓團隊造出了精度極高且極為緊湊的器件。

不過達斯明確表示，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，但要實現商用芯片集成，還需要芯片制造商對該工藝進行大規(guī)模驗證。

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