Проблема перегрева чипов
С увеличением количества устройств на компьютерных чипах для повышения вычислительной мощности растёт и выделение тепла. Это тепло необходимо отводить для поддержания высокой производительности чипов, но сейчас это делается путём циркуляции воды по миллиметровым каналам для охлаждения наноразмерных горячих точек. Несоответствие масштабов снижает эффективность охлаждения, потребляя больше воды, чем необходимо, и вызывает экологические проблемы.
Инновация от Университета Осаки
Исследователи из Университета Осаки разработали стратегию улучшения охлаждения за счёт пропуска ионов через наноразмерные каналы. Эта ионотермоэлектрическая стратегия аналогична технике Пельтье, при которой пропускание электрического тока через материал приводит к нагреву или охлаждению.
Изобретение опубликовано в ACS Nano.
«Мы создали наноразмерное отверстие в полупроводниковой мембране и окружили нанопору „воротами“ в виде нанопроволоки. Подача напряжения на „ворота“ индуцировала поток ионов через нанопору», — объясняет ведущий автор Макусу Цуцуи. «Изменение напряжения модулировало поверхностный заряд нанопоры».
Отрицательное приложенное напряжение приводило к тому, что нанопора становилась отрицательно заряженной и проницаемой только для положительно заряженных ионов, или катионов. Каждый ион уносит с собой определённое количество тепла. Команда создала градиент концентрации в солёной воде вокруг нанопоры, чтобы направить транспорт катионов в одном направлении, эффективно откачивая тепло из нанопоры. Изменение приложенного напряжения делало поверхность нанопоры положительной и проницаемой только для отрицательных ионов, или анионов, что переключало систему с охлаждения на нагрев.
«Мы поместили наноразмерный термоэлемент рядом с отверстиями в материалах — или нанопорами — чтобы зафиксировать изменения температуры, вызванные транспортом ионов, индуцированным напряжением», — говорит старший автор Томодзи Каваи. «Переход от нагрева к охлаждению приводил к падению температуры более чем на 2 К. Мы обнаружили, что ионный перенос тепла зависел от входной мощности, а также от вида используемых ионов».
Перспективы
Полупроводниковые нанопоры полностью совместимы с технологиями производства полупроводников. Таким образом, внедрение стратегии ионного охлаждения, разработанной в Университете Осаки, может повысить возможности полупроводниковых чипов следующего поколения. Наряду с улучшением потенциала, есть надежда, что эти достижения в области теплового контроля также помогут решить экологические проблемы.
Предоставлено Университетом Осаки.