Í dag er hiti frá þéttum rafeindatækni dýr auðlind. Til að halda kerfinu við rétt hitastig til að ná sem bestum útreikningsárangri eyðir bandaríska gagnaverið kælikerfi jafn mikla orku og vatni og allir íbúar Fíladelfíu. Nú, með því að samþætta fljótandi kælirásir beint í hálfleiðara flís, vonast vísindamenn til að draga úr þessu tapi að minnsta kosti í rafmagns rafeindatækni, sem gerir þær minni, ódýrari og orkufrekari.
Hefð er fyrir því að raftæki og hitastjórnunarkerfi hafa verið hönnuð og framleidd sérstaklega, segir Elison Matioli, prófessor í rafmagnsverkfræði við ecole Polytechnique í Lausanne, Sviss. Þetta er grundvallarhindrun fyrir bættri kælingu skilvirkni, þar sem hiti verður að fara tiltölulega langar vegalengdir yfir mörg efni áður en hægt er að fjarlægja hann. Í nútíma' örgjörvum flytja til dæmis sítrónur af heitu efni hita frá flísinni í fyrirferðarmiklar, loftkældar koparfinnar.
Til að fá orkunýtnari lausn þróuðu Matioli og samstarfsmenn hans ódýrt ferli sem setur þrívíddarnet af örfljótandi kælibúnaði beint í hálfleiðara flísina. Vökvi fjarlægir hita betur en loft og hugmyndin er að halda kælivökva míkrómetra fjarri heitum blettinum á flísinni.
En ólíkt því sem áður hefur verið tilkynnt um örflæði kælingu, sagði hann," Við hönnum rafeindatækni og kælikerfi frá upphafi." Þannig er örrásin staðsett rétt fyrir neðan virka svæði hvers transistor tækis, þar sem það er við hæsta hitastigið, sem eykur kælinguárangur með stuðli 50. Þeir greindu frá sameiginlegri hönnunarhugmynd sinni í nýlegu tölublaði náttúrunnar.
Vísindamenn lögðu til örrásarkælingartækni strax árið 1981 og sprotafyrirtæki eins og Cooligy hafa stundað hugmyndina um örgjörva í mörg ár. En hálfleiðaraiðnaðurinn er að færast frá flatbúnaði í þrívíddarbúnað og í átt að framtíðar flögum með marglaga mannvirki, sem gerir kælirásir óhagkvæmar." Þessi innbyggða kælikausn hentar ekki fyrir nútíma örgjörva og flís eins og CPU," sagði TiweiWei, sem rannsakar rafrænar kælilausnir við Interuniversity Microelectronics Center og KU Luuven í Belgíu." Þess í stað er þessi kælingartækni skynsamlegust fyrir rafeindatækni," sagði hann.
Rafrænir rafrásir stjórna og umbreyta raforku og eru mikið notaðar í tölvum, gagnaverum, sólarplötur og rafknúnum ökutækjum. Þeir notuðu aðskilin tæki á stóru svæði úr hálfleiðara eins og gallíumnítríði. Aflþéttleiki þessara tækja hefur rokið upp á síðustu árum, sem þýðir að þau verða að vera" tengd við risastór ofn," Sagði Matoli.
Meira að undanförnu hafa rafrænir rafeindareiningar færst yfir í fljótandi kælingu, annaðhvort með köldu diski eða örrás kælikerfi. En hingað til hafa öll örrás kælikerfi verið framleidd sérstaklega og síðan sameinuð með flísinni. Viðloðunarlag bætir við hitaþol, rásir og hringrásarbúnaður er ekki vel samstilltur.
& quot; Við tókum það á næsta stig," Segir Matoli, með því að búa til tæki og kælirásir í sama flísinni. Þeir ætuðu míkronbreiðar sprungur í lag af gallíumnítríði sem var húðað á kísill hvarfefni. Riflengd 30μm, djúp 115μm. Með því að nota sérstaka aðferð til að grípa gas, víkka þau eyður í kísill hvarfefni til að mynda sund þar sem fljótandi kælivökvi fer í gegnum.
Vísindamennirnir notuðu síðan kopar til að innsigla örlítið op í lögunum af gallíumnítríði og smíða tæki á þau." Við höfum aðeins örrás á örsmáum svæðum í skífunni sem eru í snertingu við hvern smára," sagði hann. Þetta gerir tæknina mun áhrifaríkari vegna þess að við getum dregið mikinn hita úr nágrenninu, en dælan sem við notum er mjög lítil."
Til að sýna fram á að vísindamennirnir byggðu AC-DC rectifier hringrás sem samanstendur af fjórum Schottky díóða, sem allir geta meðhöndlað 1,2 kV spennu. Hringrás eins og þessi krefst venjulega ofnstórs ofn. En hringrásarkubburinn með fljótandi kælikerfi er festur á prentuðu hringrásarstærð á stærð við USB glampi drif. Hringrásin samanstendur af þremur lögum með rásum skorið í það til að skila kælivökva til flísarinnar.
Skjárinn sýnir að hægt er að kæla heita staði með meira en 1.700 vött á fermetra sentimetra með aðeins 0,57 vöttum á fermetra dælustyrk. Þetta er 50-falt framför í afköstum samanborið við áður tilkynnta örfljótandi rás kælingu.
& quot; Rannsaka ætti áreiðanleika gallíumnítríðfilma og koparþéttinga með tímanum. En þessi nýstárlega kælilausn er stórt skref í átt að ódýru, ofurþjappuðu og orkusparandi rafrænu rafrænna kælikerfi.