Ученые создали технологию охлаждения полупроводников

Ученые создали технологию охлаждения полупроводников

Обычный процесс охлаждения материалов до криогенных температур весьма сложен, дорог и в некоторых случаях небезопасен для окружающей среды.

Поэтому ученые нашли еще несколько методов глубокого охлаждения, одним из которых является метод охлаждения лазерным светом, который в последнее время применяется все шире и шире. Этот метод заключается в том, что фотоны света лазера взаимодействуют с атомами материала, затормаживая их колебания и отбирая их тепловую энергию. Лазерное охлаждение газов и более тяжелых веществ в газообразной фазе успешно применяется уже в течение нескольких лет, но реализация охлаждения твердых материалов с помощью лазера сталкивалась с рядом непреодолимых проблем.

В большинстве случаев, луч лазера, переносящий некоторое количество энергии, не ассоциируется с охлаждением материалов. Но в недавних экспериментах исследователям Юн Занг (Jun Zhang), Дехуи Ли (Dehui Li), Ренджи Чен (Renjie Chen) и Кихуа Ксайонг (Qihua Xiong) из Технологического университета Nanyang, Сингапур, удалось применить некоторые физические уловки и понизить температуру полупроводникового кристалла на 40 градусов по шкале Цельсия.

При лазерном охлаждении газов кинетическая энергия атомов передается фотонам света, с которыми взаимодействуют эти атомы. В твердых же телах тепловые колебания имеют несколько иную природу, колебания атомов материала складываются в псевдо-частицы, фононы, которые могут перемещаться в объеме материала. Эти фононы, являющиеся квантовыми возбуждениями, ведут себя подобно частицами, они могут сталкиваться, отражаться и рассеиваться. И для того, чтобы охладить материал необходимо подавить эти фононы с помощью лазерного света.

Лазерное охлаждение было успешно реализовано для специального материала, имеющего упорядоченную симметричную кристаллическую решетку, в которую были внедрены атомы редкоземельных металлов. Наиболее сильно эффект лазерного охлаждения проявился в кристаллах сульфида кадмия, полупроводникового материала II-VI группы. Этот материал, обладающий некоторыми уникальными свойствами, достаточно широко используется в цифровой электронике. В полупроводниках II-VI группы могут возникать достаточно мощные тепловые фононы, но в таких материалах имеет место быть еще один вид возбуждения, поведение которых напоминает поведение частиц, эксионы.

Исследователи нанесли на поверхность кремниевой подложки, покрытой слоем диоксида кремния, тонкий слой сульфида кадмия. После этого на подготовленную таким образом поверхность был наведен луч лазера, очень точно настроенного на определенную длину волны света. Фотоны лазерного света начали взаимодействовать с фононами и эксионами в тонком слое сульфида кадмия. После более точного подбора длины волны света лазера процесс взаимодействия вошел в резонанс, что привело к разрушению фононов, что, в свою очередь, привело к быстрому понижению температуры материала на 40 градусов по шкале Цельсия по сравнению с первоначальной отметкой.

Частоты колебания фононов в использованном материале зависят от начальной температуры. Поэтому, при снижении температуры в результате лазерного охлаждения, частота колебания фононов снижается и для дальнейшего эффективного охлаждения требуется коррекция длины волны лазерного света. Проведенные эксперименты показали, что максимальна эффективность лазерного охлаждения наблюдается и сохраняется при снижении температуры охлаждаемого объекта не более чем на 15 градусов. Изучая резонансные взаимодействия между фотонами света и фононами в материале, исследователи заметили, что весьма просто добиться совершенно обратного эффекта. На некоторых длинах волны света лазера наблюдался интенсивный разогрев материала.

Источник: litescience.ru

Похожие новости:
Создан термостойкий органический транзистор
Международная группа исследователей создала гибкий транзистор, устойчивый к термическому воздействию. Статья ученых появилась в журнале Nature Communications. Органические полупроводники активно изучаются из-за своих специфических механических свойств, в частности, гибкости. Одним из основных недостатков таких полупроводников ..
2012-03-8 2543 0 Технология
0
Ученые нашли необходимую для печати микросхем из пластика молекулу
Группе исследователей из МГУ имени М.В. Ломоносова в сотрудничестве с немецкими коллегами из Института полимерных исследований в Дрездене (Институт Лейбница) удалось найти молекулу, которая, по их мнению, может дать толчок развитию органической электроники. Результаты своей работы ученые опубликовали ..
2016-07-12 2118 0 Технология
0
Panasonic разработала новую технологию цветоразделения
Специалисты компании Panasonic разработали новую технологию цветоразделения, которая вскоре станет заменой цветных светофильтров, используемых в большинстве датчиков современных камер. В отличие от светофильтров, технология Micro Color Splitter позволяет разделить цвета на составляющие, используя явление ..
2013-02-12 1925 0 Технология
0
Новая технология процессоров нарушает "закон Мура"
Ученые из компании ASML придумали способ, как при помощи улучшенного метода фотолитографии, используемого для производства микропроцессоров, выпускать еще более компактные чипы. Новую технологию могут взять на вооружение производители уже к 2015 году. Современный способ, которому следуют более пятидесяти лет, ..
2013-08-10 2435 0 Технология
0
Японские ученые создали технологию озеленения пустынь
Специалисты японского университета Киото в сотрудничестве с корпорацией Panasonic разработали технологию, которую можно будет применять для озеленения пустынь, как сообщили представители компании. Технология, по словам японских ученых, заключается в нанесении на сухой песок слоя специального реагента, способного задерживать ..
2013-07-21 2375 0 Технология
0
Ученые нашли дешевый способ создания полупроводников
Сотрудники факультета металлургии университета Юты использовали старую микроволновую печь, для того чтобы быстро создать нанокристаллический полупроводник, используя дешевые и малотоксичные материалы.Они надеются, что этот способ в дальнейшем будет применяться для создания более эффективных фотогальванических солнечных батарей ..
2013-05-6 2359 0 Технология
1
Радиация угрожает современной микроэлектронике
Радиация угрожает современной микроэлектронике в десять раз сильнее, чем считалось до сих пор, полагают исследователи из Университета Вандербильта (США). По мере миниатюризации уязвимость транзисторов растёт вплоть до того, что отдельное устройство может быть выведено из строя единственным ионом.Исследование, проведенное Эндрю ..
2012-07-23 2187 1 Технология
0
Новые полупроводники: время без перезарядки больше в десять раз
Исследователи из Рочестерского технологического института, международного консорциума полупроводников SEMATECH и Техасского государственного университета, продемонстрировали, что новые методы и материалы для создания интегральных микросхем, позволяют снизить потребление энергии до уровня, при котором время работы без перезарядки для портативных устройств увеличивается ..
2014-01-15 1826 0 Технология
0
Будущее процессоров: куда пойдет прогресс
Инженеры IBM нашли новый эффективный способ увеличить производительность микропроцессоров. Инновация заключается в том, чтобы изготавливать полупроводники из других материалов и усовершенствовать их структуру. С таким докладом выступил член отдела исследований IBM Берни Мейерсон на ежегодной конференции IEDM в Вашингтоне. Нынешний ..
2011-12-22 3292 0 Технология
0
Ученые открыли технологию выращивания зубов
Технологию выращивания зубов разработал британский профессор Пол Шарп вместе со своими коллегами. Для того, что бы получить новый зуб, ученые брали стволовые клетки у пациента и выращивали их в лаборатории, превращая в ткать нужного вида. Далее, используя местный наркоз для пациента, ..
2011-11-13 6363 0 Технология
1
Европа создаст сто тысяч рабочих мест для космической металлургии
Европейское космическое агентство (ЕКА) объединило усилия с ведущими научно-исследовательскими организациями с целью создания новых материалов и технологий для космических полетов. Благодаря данной инициативе в ближайшие несколько лет в металлургической отрасли ЕС, Норвегии и Швейцарии может быть создано порядка ста тысяч ..
2014-09-14 2080 0 Технология
0
Графен применят в очистке воды от радиации
Несмотря на то, что средства массовой информации немного затихли о катастрофе на Фукусиме 1, которая потрясла Японию в 2011 году, трудный процесс очистки и обеззараживания территорий является повседневной реальностью для японцев. Одна из худших катастроф была прямым результатом того, что АЭС была ..
2013-01-16 1943 0 Технология
0
Ученые создали экологически чистый аккумулятор
Литий-ионные аккумуляторы нашли широкое распространение в быту. Но в состав этих аккумуляторов входят токсические вещества. Ученые уже долгое время пытаются разработать экологически чистые аккумуляторы. Специалисты из Университета Карнеги – Меллона (Питтсбург, США) обнаружили, с помощью меланинов – ..
2013-12-18 3418 0 Технология
0
Новосибирские ученые разработали стандарт измерения наноматериалов
Новосибирские ученые из Института физики полупроводников имени Ржанова разработали стандарт измерений для наноматериалов. Об этом сообщает «Интерфакс» со ссылкой на старшего научного сотрудника института Сергея Косолобова. «Мы создали эталонный объект, его зарегистрировали в Государственном реестре средств измерений РФ, он используется, ..
2015-05-05 2072 0 Технология
0
Ученые ищут альтернативные способы получения энергии Солнца
Скоро можно будет производить электростанции в домашних условиях Солнечные электроэлементы появились более 50 лет назад, но область их применения постоянно растет. Мировыми лидерами по использованию этого вида энергии являются Германия, США и Япония. От Солнца на Землю поступает энергии в 10 тыс. раз больше, ..
2012-07-11 3250 0 Технология
0