Термо-пироэлектрическая нанопленка идет на замену микропроцессорным кулерам
Генерация тепловой энергии в объеме работающего полупроводникового прибора – процесс, который невозможно не то, чтобы остановить, полностью исключая тепловыделение, но даже частично подавить для уменьшения выделения тепла, поскольку тепло выделяется при направленном движении электронов в структуре полупроводника, а если остановить этот поток или уменьшить его мощность, то это приведет в первом случае к полной потере работоспособности прибора, а во втором – к снижению мощности электрического сигнала. При этом для повышения производительности активных электронных приборов типа микропроцессоров требуется повышенный уровень электрической мощности, что неизбежно приводит к повышенному тепловыделению, которое пагубно сказывается на работоспособности и сроке службы вычислительных микросхем.
Для снижения вредного влияния тепловыделения на полупроводниковые приборы до сих пор не придумано ничего лучшего, чем внешнее охлаждение – воздушное (кулеры отгоняют подальше воздух, нагретый радиатором, закрепленным на микропроцессоре) и испарительное (тепловые трубки, контактирующие с радиатором). Системы отбора тепла с поверхности полупроводниковых приборов с помощью термоэлектрических устройств, преобразующих тепловую энергию в электрическую, пока что рассматриваются лишь в теории, так как для их эффективной работы необходимы большие перепады температур между теплоотводящей поверхностью и окружающей средой.
И вот, похоже, проблема использования термоэлектрических преобразователей для охлаждения полупроводниковых приборов близка к разрешению. Эту надежду вселяет разработанный учеными Калифорнийского университета в Беркли материал, в котором термоэлектрическому преобразованию сопутствует пироэлектрический эффект. Благодаря такой «технической поддержке» в пленке из разработанного материала (состав по очевидным причинам не разглашается) толщиной 50-100 нм достигнута рекордная эффективность преобразования тепла в электричество – 19% (причем при небольших величинах градиента температур), а энергетическая плотность материала также подошла к высокому показателю – 5,26 Вт/куб. см. Такие характеристики вполне приемлемы для использования нанопленки в качестве охладителя полупроводниковых приборов, возвращающего почти 1/5 часть электричества, потерянного на генерацию тепла, в систему электропитания.
В ходе исследований, сопутствующих разработке инновационного материала, американские ученые открыли неизвестные особенности пироэлектрического эффекта, которые были использованы для повышения эффективности преобразования энергии. Эти открытия помогут в создании тонкопленочных «термо-пироэлектрических» преобразователей, работу которых можно будет оптимизировать для конкретных электронных устройств и систем с учетом точного количества теряемого тепла, температуры охлаждаемых элементов и других характеристик. Вполне возможно, что новая технология позволит со временем отказаться от кулеров на микропроцессорах и других сильно нагревающихся микросхем в электронике.
Комментарии
Отправить комментарий