Возможно ли лазерное охлаждение в кремниевой электронике?

Сингапурские исследователи под руководством Сюн Ци Хуа из Наньянского технологического университета добились эффективного лазерного охлаждения полупроводников, что вполне может стать перспективным направлением для техники такого рода.

Тепловыделение современной электроники растёт буквально не по дням, а по часам и серьёзно препятствует росту её производительности. Воздушные системы охлаждения не справляются, водяные — сложны и дороги. Лазерные системы давно применяются в физических экспериментах (именно лазерные ловушки и охладители позволяют достичь температур, близких к абсолютному нулю), но использовать эту эффективную технологию для охлаждения полупроводниковой кремниевой электроники до сих пор не удавалось.

Образцы сульфида кадмия, охлаждаемые лазерным лучом в ходе эксперимента (фото Nanyang Technological University).

В основе методики лежит антистоксовое испускание света после облучения материала лазерным лучом, то есть эмиссия какого-то количества излученных лазером фотонов обратно из вещества, подвергнутого облучению. Причём переизлученная часть имеет меньшую дину волны и бóльшую энергию, чем до попадания в облучаемый материал, что и обеспечивает охлаждение.

Для достижения такого эффекта в материале, по структуре сходном с кремниевыми полупроводниками, исследователи применили стандартный зелёный лазер, излучающий в диапазоне 514 нм.

Начав охлаждать нагретые до 40 ºС полоски из сульфида кадмия, учёные смогли снизить их температуру до –93 ºС, после чего дальнейшее охлаждение оказалось практически невозможным. Правда, отмечают разработчики, для стандартной электроники и этот показатель более чем удовлетворителен.

Благодаря малым размерам охлаждение электронных устройств на такой базе можно будет делать встраиваемым и весьма компактным, надеется Сюн Ци Хуа. Его стоимость должна остаться на уровне обычных систем воздушного охлаждения, а эффективность — приблизиться к водяным.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature.

Подготовлено по материалам Наньянского технологического университета.