Heddiw, mae gwres o electroneg trwchus yn adnodd drud. Er mwyn cadw'r system ar y tymheredd cywir ar gyfer y perfformiad cyfrifiadol gorau posibl, mae system oeri canolfan ddata'r UD yn defnyddio cymaint o egni a dŵr â holl drigolion Philadelphia. Nawr, trwy integreiddio sianeli oeri hylif yn uniongyrchol i sglodion lled-ddargludyddion, mae ymchwilwyr yn gobeithio lleihau'r golled hon o leiaf mewn electroneg pŵer, gan eu gwneud yn llai, yn rhatach ac yn llai ynni-ddwys.
Yn draddodiadol, mae dyfeisiau electronig a systemau rheoli thermol wedi'u cynllunio a'u cynhyrchu ar wahân, meddai Elison Matioli, athro peirianneg drydanol yn ecole Polytechnique yn Lausanne, y Swistir. Mae hyn yn rhwystr sylfaenol i well effeithlonrwydd oeri, gan fod yn rhaid i wres deithio pellteroedd cymharol hir ar draws sawl deunydd cyn y gellir ei dynnu. Yn y proseswyr heddiw' s, er enghraifft, mae seiffonau o ddeunydd poeth yn trosglwyddo gwres o'r sglodyn i esgyll copr swmpus, wedi'u hoeri ag aer.
I gael datrysiad mwy effeithlon o ran ynni, datblygodd Matioli a'i gydweithwyr broses cost isel sy'n rhoi rhwydwaith 3D o sianeli oeri microfluidig yn uniongyrchol i'r sglodyn lled-ddargludyddion. Mae hylif yn tynnu gwres yn well nag aer, a'r syniad yw cadw'r micromedr oerydd i ffwrdd o'r man poeth ar y sglodyn.
Ond yn wahanol i oeri microfluidig a adroddwyd yn flaenorol, dywedodd," Rydyn ni'n dylunio'r electroneg a'r system oeri o'r dechrau." Felly, mae'r microchannel wedi'i leoli ychydig yn is na rhanbarth gweithredol pob dyfais transistor, lle mae ar ei dymheredd uchaf, sy'n cynyddu perfformiad oeri gan ffactor o 50. Fe wnaethant adrodd eu cysyniad dylunio ar y cyd mewn rhifyn diweddar o natur.
Cynigiodd ymchwilwyr dechnoleg oeri microchannel mor gynnar â 1981, ac mae cychwyniadau fel Cooligy wedi bod yn dilyn y syniad o broseswyr ers blynyddoedd. Ond mae'r diwydiant lled-ddargludyddion yn symud o ddyfeisiau planar i ddyfeisiau tri dimensiwn a thuag at sglodion yn y dyfodol gyda strwythurau amlhaenog, gan wneud sianeli oeri yn anymarferol." Nid yw'r datrysiad oeri gwreiddio hwn yn addas ar gyfer proseswyr a sglodion modern fel cpus," meddai TiweiWei, sy'n ymchwilio i atebion oeri electronig yng Nghanolfan Microelectroneg Rhyng-Amrywiaeth a KU Luuven yng Ngwlad Belg." Yn lle, y dechnoleg oeri hon sy'n gwneud y mwyaf o synnwyr ar gyfer electroneg pŵer," dwedodd ef.
Mae cylchedau electronig pŵer yn rheoli ac yn trosi ynni trydanol ac fe'u defnyddir yn helaeth mewn cyfrifiaduron, canolfannau data, paneli solar a cherbydau trydan. Fe wnaethant ddefnyddio dyfeisiau arwahanol ardal fawr wedi'u gwneud o lled-ddargludyddion band-eang fel gallium nitride. Mae dwysedd pŵer y dyfeisiau hyn wedi skyrocketed yn ystod yr ychydig flynyddoedd diwethaf, sy'n golygu bod yn rhaid iddynt fod yn" wedi gwirioni â rheiddiadur anferth," Meddai Matoli.
Yn fwy diweddar, mae modiwlau electroneg pŵer wedi symud i oeri hylif, naill ai trwy systemau oeri plât oer neu ficrochannel. Ond, hyd yn hyn, mae'r holl systemau oeri microchannel wedi'u cynhyrchu ar wahân ac yna eu cyfuno â'r sglodyn. Mae haen bondio yn ychwanegu ymwrthedd gwres, nid yw sianeli ac offer cylched wedi'u halinio'n dynn.
& quot; Aethom ag ef i'r lefel nesaf," Meddai Matoli, trwy wneud dyfeisiau a sianeli oeri yn yr un sglodyn. Fe wnaethant ysgythru craciau ar draws micron mewn haen o galiwm nitrid wedi'i orchuddio ar is-haen silicon. Hyd hollt 30μm, dwfn 115μm. Gan ddefnyddio technegau ysgythru nwy arbennig, maent yn ehangu bylchau yn y swbstrad silicon i ffurfio sianeli y mae'r oerydd hylif yn mynd drwyddynt.
Yna defnyddiodd yr ymchwilwyr gopr i selio agoriadau bach yn yr haenau o galiwm nitrid ac adeiladu dyfeisiau arnynt." Dim ond mewn rhannau bach o'r wafer sydd mewn cysylltiad â phob transistor, &, sydd gennym ficro-sianeli; dwedodd ef. Mae hyn yn gwneud y dechnoleg yn llawer mwy effeithiol oherwydd gallwn ni dynnu llawer o wres o gyfagos, ond mae'r pŵer pwmpio rydyn ni'n ei ddefnyddio yn fach iawn."
Fel arddangosiad, adeiladodd yr ymchwilwyr gylched unioni AC-DC yn cynnwys pedwar deuod Schottky, pob un yn gallu trin 1.2kV o foltedd. Yn nodweddiadol mae angen rheiddiadur maint dwrn ar gylchedau fel y rhain. Ond mae'r sglodyn cylched gyda'r system oeri hylif wedi'i osod ar fwrdd cylched printiedig maint gyriant fflach USB. Mae'r bwrdd cylched yn cynnwys tair haen gyda sianeli wedi'u cerfio ynddo i ddanfon yr oerydd i'r sglodyn.
Mae'r arddangosfa'n dangos y gellir oeri mannau poeth â dwysedd pŵer o fwy na 1,700 wat y centimetr sgwâr gan ddefnyddio dim ond 0.57 wat y centimetr sgwâr o bŵer pwmpio. Mae hwn yn welliant 50 gwaith mewn perfformiad o'i gymharu â'r oeri sianel microfluidig a adroddwyd yn flaenorol.
& quot; Dylid astudio dibynadwyedd ffilmiau gallium nitride a morloi copr dros amser. Ond mae'r datrysiad oeri arloesol hwn yn gam mawr tuag at system oeri electroneg pŵer cost isel, ultra-gryno ac ynni-effeithlon.