Forskere satte et nyt spin på køling af elektroniske hotspots

Levetiden for elektroniske enheder testes på mange måder, da de udholder den strenge daglig brug. Selv når de behandles med største omhu, de har stadig en stor udfordring at overvinde - fjernelse af varme.

For at afhjælpe dette problem, ECE -adjunkt Junxia "Lucy" Shi og hendes team af forskere i Avanceret halvledermateriale og udstyrslaboratorium på UIC fokuserer på at bruge en ny metode til afkøling af hotspots i elektronik og fange den spildvarme, der skal bruges til at drive enhederne. Den nye teknik har desuden potentiale til at forlænge levetiden for elektroniske komponenter.

Resultaterne af deres forskning blev for nylig offentliggjort i de prestigefyldte tidsskrifter Videnskabelige rapporter og Materialer til fysisk gennemgang .

Elektroniske enheder bliver miniaturiserede, og producerer meget varme, når de bærer strømme. Hvis varmen ikke trækkes ud af enheden, det vil reducere levetiden. Nuværende køleteknikker er kun effektive, når varmen er tæt på overfladen. Inden for en chip er der steder kaldet "hotspots, "som er områder med lokaliserede høje temperaturer.

"Disse skal undgås, ellers skaber de fejl. "sagde Shi." Vores målrettede applikationer er varmesensorer, energiomformere, osv. Vi ønsker at kunne måle den varme, der genereres i enheder, hvis det ønskes, eller endnu bedre, ekstraher den varme og konverter til elektricitet. "

"Det, vi forsøger at gøre her, er at bruge materialets iboende egenskab sammen med de moderne teknikker til termisk faststofkøling til at drive mere varme ud af enheden, "sagde postdoktorforsker Parijat Sengupta, der arbejder under ledelse af Shi. "Vi ser på det interne arrangement af elektroner, hvordan de udfører bevægelsen i krystallen, og hvordan bevægelsen giver anledning til en bestemt form for magnetfelt, som ikke anvendes udefra. Det er som at have et internt magnetfelt, og det skaber en ekstra vej til at drive mere varme ud af enheden. "

Forskerne kvantificerede teoretisk, hvor meget varme der kan drives, og de opdagede, at der produceres meget varme, og energien kan høstes.

"Du driver strøm gennem en enhed - så du anvender spænding - og til gengæld modtager du varme, som normalt går til spilde. Vi forsøger at bruge den varme på flere måder, "sagde Shi.

"Varmen kan udnyttes ved at køre en termisk kraftgenerator, hvor varmen producerer elektricitet igen, "sagde Sengupta." Også, vi kan bruge varme til at drive 'spin -strømme, 'som er elektronens interne attribut. "

"Drevet af motivationen til at høste energi, vi valgte et materiale, hvor ekstra impuls kan fås fra materialets interne arrangement af atomer og elektroner og se, hvad der er de optimale eksperimentelle opsætninger, vi kan kigge efter, der maksimerer varmestrømmen, "tilføjede Sengupta.

Forskerne bruger termiske kraftgeneratorer fra et applikationssynspunkt på grund af den varme, den kan trække ud og drive en anden generator. Der er to effekter kaldet Seebeck -effekten og Peltier -effekten, som spiller ind i forskningen.

"Hvis jeg driver varme gennem dette materiale, der vil skabe en temperaturgradient, og som giver anledning til spænding, som du kan bruge til noget andet. Det er det primære mål i tankerne, "sagde Sengupta." Den anden er spin -strømmen. Vi introducerede elektronernes spin i vores arbejde. Det er det, der gør denne forskning interessant. "
Lær mere om professor Shi og hendes forskning på Advanced Semiconductor Materials and Devices Laboratory.