Livslängden hos elektroniska enheter testas på många sätt eftersom de tål den dagliga användningen. Även när de behandlas med största försiktighet, de har fortfarande en stor utmaning att övervinna – avlägsnandet av värme.

För att lindra detta problem, ECE biträdande professor Junxia "Lucy" Shi och hennes team av forskare i Advanced Semiconductor Materials and Devices Laboratory vid UIC fokuserar på att använda en ny metod för att kyla hotspots inom elektronik och fånga upp den bortkastade värmen för att använda för att driva enheterna. Den nya tekniken har dessutom potential att utöka livslängden för elektroniska komponenter.

Resultaten av deras forskning publicerades nyligen i de prestigefyllda tidskrifterna Vetenskapliga rapporter och Material för fysisk granskning .

Elektroniska enheter blir miniatyriserade, och producerar mycket värme när de bär strömmar. Om värmen inte tas ut ur enheten, det kommer att minska livslängden. Nuvarande kyltekniker är endast effektiva när värmen är nära ytan. Inom ett chip finns det platser som kallas "hotspots, "som är områden med lokalt höga temperaturer.

"Dessa ska undvikas, annars skapar de misslyckanden." sa Shi. "Våra riktade applikationer är värmesensorer, energiomvandlare, etc. Vi vill kunna mäta den värme som genereras i enheter om så önskas, eller ännu bättre, ta ut den värmen och omvandla till el."

"Vad vi försöker göra här är att använda materialets inneboende egenskaper tillsammans med de moderna teknikerna för termisk fast tillståndskylning för att driva ut mer värme ur enheten, " sa postdoktorn Parijat Sengupta, som arbetar under ledning av Shi. "Vi tittar på det interna arrangemanget av elektroner, hur de utför rörelsen i kristallen, och hur rörelsen ger upphov till en viss typ av magnetfält, som inte appliceras från utsidan. Det är som att ha ett inre magnetfält och det skapar en ytterligare väg att driva ut mer värme ur enheten."

Forskarna kvantifierade teoretiskt hur mycket värme som kan drivas, och de upptäckte att mycket värme produceras, och energin kan skördas.

"Du driver ström genom en enhet – så du lägger på spänning – och i sin tur får du värme, som vanligtvis går till spillo. Vi försöker använda den värmen på flera sätt, " sa Shi.

"Värmen kan utnyttjas genom att driva en termisk kraftgenerator, där värmen producerar el igen, sade Sengupta. vi kan använda värme för att driva spinnströmmar, ' som är elektronens inre attribut."

"Driven av motivationen att göra energiskörd, vi valde ett material där extra impuls kan fås från materialets inre arrangemang av atomer och elektroner och se vilka är de optimala experimentuppläggen vi kan leta efter som maximerar värmeflödet, " tillade Sengupta.

Forskarna använder termiska kraftgeneratorer ur tillämpningssynpunkt på grund av värmen som den kan dra ut och driva en annan generator. Det finns två effekter som kallas Seebeck-effekten och Peltier-effekten, som spelar in i forskningen.

"Om jag driver värme genom det här materialet kommer det att skapa en temperaturgradient och som ger upphov till spänning som du kan använda till något annat. Det är det primära målet i åtanke, " sade Sengupta. "Den andra är spinnströmmen. Vi introducerade elektronernas spinn i vårt arbete. Det är det som gör den här forskningen intressant."
Lär dig mer om professor Shi och hennes forskning vid Advanced Semiconductor Materials and Devices Laboratory.