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東京大学が、新しい冷却素子を開発

冷却能力は従来の約10倍

2019年10月4日東京大学が、半導体ヘテロ構造(異なるバンドギャップ半導体を接合した構造)を用いた、新しい半導体冷却素子を開発したと発表した。

今回は、ガリウムひ素、アルミニウム・ガリウムひ素、アルミニウムひ素AlAsを接合させ高効率冷却を実現している。

なお、冷却効果としては、現在利用されているペルチェ素子の約10倍となる。

蒸発冷却という考え方を応用

従来のペルチェ素子(異種金属を接合させ片方の金属を加熱すると、もう一方の金属が冷却する現象を利用した素子)では、素子内の電子が散乱しながら伝搬するため冷却効率が悪いといわれていた。

今回は、半導体ヘテロ構造にて、共鳴トンネルと熱電子放出冷却技術を用い、量子井戸層を通過する際の放熱効果を利用したものである。

この技術は、電流を流すにつれ量子井戸からエネルギーが奪われる原理を利用したもので、水が蒸発する際の冷却(蒸発冷却)に似ていることが特徴である。

半導体は自己発熱が大きい

現在、パソコンやテレビなどの家電製品をはじめスーパーコンピュータなどには、トランジスタ、FET、IC、LSIなどの半導体が多く使われている。

普通に考えると、たくさん使えばより高機能でスピードが速くなると考えるが、電流を流すことでジュール熱と呼ばれる自己発熱が増え、最終的には効率が落ちるというジレンマに陥る。

現状では、ヒートシンクで放熱したり、ファンを回して強制冷却しているが、持っている能力の100%は使えていない。

今回の開発で放熱効率が上がり、能力が上がると期待される。
(画像はプレスリリースより)

▼外部リンク

東京大学HP
http://www.iis.u-tokyo.ac.jp/ja/news/3164/

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