使用量子阱来冷却没有活动部件的电子设备

时间：2021-12-07 12:58:03来源：

东京大学的研究人员宣布了一种无需移动部件即可进行电气冷却的新方法。通过将偏置电压施加到由半导体铝砷化镓制成的量子阱中，可以使电子在称为“蒸发冷却”的过程中散发一些热量。可以使用常规的半导体制造方法将基于此原理的设备添加到电子电路板上，以帮助智能手机和便携式计算机避免因高温导致的性能问题。

消费者喜欢便携式电子产品。但是随着智能手机，平板电脑和笔记本电脑变得越来越小，功能越来越强大，过热的可能性变得越来越迫切。当前可用的风扇嘈杂，笨重，并且具有运动部件，可能会发生故障。现在，东京大学工业科学研究所的科学家们推出了一种由半导体制成的新型固态解决方案，该解决方案可以轻松地直接制成智能手机或笔记本电脑。

最早的合著者之一马克·贝斯孔德（Marc Bescond）解释说：“现代便携式设备推动了当前的信息革命。”“但是，这种小型化带来了产生的余热带来的固有挑战。我们的新系统允许使用标准的半导体制造工艺进行片上冷却。”

量子阱是足以捕获电子的纳米级结构。在这项研究中使用的量子阱的类型称为不对称双势垒异质结构。在这些设备中，非常狭窄的砷化镓阱被砷化铝镓层隔开。当施加的偏置电压等于阱内部的量子能级时，电子可以使用共振隧穿轻松通过势垒。但是，只有具有高动能的电子才能继续通过第二个势垒。由于“较热”的快速移动的电子会逸出，而“较冷”的慢速电子会被捕获，因此设备会变冷。

这种“蒸发冷却”类似于使您步出游泳池时感到寒冷的过程。具有最高热能的水分子会首先带走水分，并带走热量。

“在环境条件下，我们已经实现了高达50摄氏度的电子冷却。这些结果使我们的量子阱设备有望在智能设备中实现全面的热量管理。”资深作者平川一彦说。“未来的智能手机可能会在内部电路板上装有更多的组件，只要它们还具有其中的一些冷却量子阱即可。”

参考：“不对称双势垒半导体异质结构中的蒸发电子冷却”，作者：Aymen Yanui，Marc Bescond，Tifei Yan，Naomi Nagai和平川和彦，2019年10月3日，自然通信。DOI：
10.1038 / s41467-019-12488-9