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Mögliche neue Kühltechnik für Chips

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Nachwuchswissenschaftler der Universitäten Cambridge und Cranfield haben in der neuesten Ausgabe des Magazins Science einen "riesen"-elektrokalorischen Effekt vorgestellt, der in ferner Zukunft vielleicht in der Lage sein könnte, heißlaufende Prozessorchips zu kühlen (Giant Electrocaloric Effect in Thin-Film PbZr0.95Ti0.05O3). Sie haben entdeckt, dass 350-nm-dünne Schichten von bestimmten Metalloxidverbindungen (Bleizirkoniumtitanoxid, abgekürzt PZT) in elektrischen Feldern eine große Menge an Wärme aufnehmen können. Der elektrokalorische Effekt war prinzipiell schon seit den 50er-Jahren bekannt, doch jetzt konnten ihn die Wissenschaftler um mehr als den Faktor Hundert verbessern. Sie erreichten bei einer Temperatur von 222 °C und einer Spannungsdifferenz von 25 Volt eine Abkühlung von 12 °C, also einen Kühleffekt von 0,48 Kelvin/V.

Was genau für den Effekt verantwortlich ist, ist noch unklar; die Wissenschaftler vermuten eine Änderung in der Kristallstruktur. Das Optimum des Effekts liegt derzeit bei etwa 220 °C, für Halbleiter muss man es deutlich weiter nach unten schieben. Die maximale Sperrschichttemperatur liegt hier üblicherweise bei 150°C – bei dieser Temperatur beträgt der bislang erreichte PZT-Schicht-Kühleffekt aber auch noch 6 °C (bei 480 KV/cm2 Feldstärke). Bei 100 °C sind es noch 2°C. Die Wissenschaftler aus Cambridge und Cranfield sehen gute Chancen, den Effekt hierfür noch deutlich weiter zu optimieren. (as)

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