Квантовые ячейки захвата электронов или как делали кондиционер смартфона

Квантовые ячейки захвата электронов или как делали кондиционер смартфона

Исследовательская группа Токийского университета освоила новый подход к электрическому охлаждению без необходимости использования движущихся частей механизмов. Посредством подачи напряжения смещения квантовых ячеек, изготовленных на основе полупроводникового арсенида алюминия-галлия, учёные заставили электроны выделять часть тепла в процессе «испарительного охлаждения». Устройства, основанные на этом принципе, могут устанавливаться на электронных платах традиционного изготовления с полупроводниками. Цель очевидна – увеличить производительность смартфонов и ноутбуков за счёт существенного снижения нагрева.

Квантовые ячейки вместо кондиционера

Современный потребитель явно предпочитает портативную электронику. Но по мере уменьшения размеров и наращивания мощности:

демонстрируют технико-эксплуатационные проблемы перегрева. Доступные же в настоящее время вентиляторы являются шумными, громоздкими, плюс движущиеся части вентиляторов быстро выходят из строя.

И вот теперь, учёные Института промышленных наук Токийского университета представили инновационное решение – твердотельный элемент, изготовленный из полупроводников. Разработанный элемент легко внедрить непосредственно в конструкцию смартфона или ноутбука.

Квантовые ячейки представляют наноразмерные структуры, достаточно малые для захвата электронов. Тип квантовой ячейки, что применялась в исследовании — асимметричная двухбарьерная гетероструктура. Такие устройства оригинальны тем, что имеют узкие лунки арсенида галлия, разделённые слоями арсенида алюминия-галлия.

Когда приложенное напряжение смещения равно энергии квантового уровня внутри скважины, электронам доступно использование резонансного туннелирования для лёгкого прохождения через барьер. Однако только электроны с высокими кинетическими энергиями способны проходить через второй барьер. Поскольку «горячие» быстро движущиеся электроны проходят, а «более холодные» замедленные электроны попадают в «ловушку», температура устройства снижается.

Как объяснить функциональность системы?

Эффект называемый «испарительным охлаждением», напоминает ситуацию (чувство холода), когда человек только что вылез из бассейна. В случае с примером, молекулы воды с наибольшей тепловой энергией первыми испаряются с кожи человека, унося попутно тепло.

Между тем, учёным удалось достичь электронного охлаждения электроники новым способом до 50 градусов Цельсия в условиях окружающей среды. Эти результаты подтверждают — устройства с квантовыми ячейками видятся многообещающими для всестороннего управления теплом в интеллектуальных устройствах. Соответственно, будущие конструкции смартфонов смогут насыщаться внутренними электронными платами, заполненными увеличенным количеством компонентов.


При помощи информации: AIST