Uutiset

Aalto ja Comptek Solutions kehittävät yhdessä ratkaisuja led-valojen aktiiviseen jäähtymiseen

Julkaistu: 25.3.2021

SuperDevice-hankkeessa tutkitaan materiaalien sähköisiä ominaisuuksia ja niiden vaikutusta jäähdytystehokkuuteen.

Some of the samples made by the group — Jäähdytyksen mahdollistamiseksi tarvitaan materiaaleja ja rakenteita, joiden pinnalla tapahtuva rekombinaatio on minimaalista. Kuva: Aalto-yliopisto.

Led-valot ovat diodeja, jotka säteilevät intensiivisesti valoa niiden läpi johdetun sähkövirran ansiosta. Tutkimus on antanut viitteitä siitä, että valodiodit voi saada toimimaan siten, että niiden säteilemän energian määrä on suurempi kuin niiden kuluttama sähköenergia. Tämä johtuu siitä, että erittäin tehokkaat led-valot hyödyntävät myös lämpöenergiaa tuottaessaan valoa, jolloin ne voivat myös itse jäähtyä. Tätä ilmiötä kutsutaan elektroluminesenssijäähdytykseksi (ELC).

Ilmiö on ollut tiedossa jo vuosikymmeniä, mutta sen havaitseminen käytännössä on ollut haastavaa. Aalto-yliopiston tutkijat akatemiatutkija Jani Oksasen johdolla tekevät nyt yhteistyötä suomalaisen puolijohteita kehittävän Comptek Solutionsin kanssa parantaakseen ledien jäähdytyssovelluksissa tarvittavia ominaisuuksia.

”Materiaalin pinnalla tapahtuva elektronien ja aukkojen rekombinaatio eli yhdistyminen on merkittävä jäähdytystehokkuuden pullonkaula pienillä ja keskisuurilla virrantiheyksillä. Se vaikuttaa myös merkittävästi siihen, voivatko ledit toimia suurella teholla ja samalla säilyttää erittäin korkean hyötysuhteen. Jäähdytyksen mahdollistamiseksi tarvitaan materiaaleja ja rakenteita, joiden pinnalla tapahtuva rekombinaatio on minimaalista”, Oksanen kertoo.

Oksanen ja hänen tiiminsä ovat jo aikaisemmissa tutkimuksissaan päätyneet siihen, että galliumarsenidi voisi olla ihanteellinen ehdokas jäähdytysdiodien materiaaliksi. Comptek Solutions taas on kehittänyt atomitasoisen pintakäsittelyteknologian nimeltään Kontrox. Sen avulla puolijohdemateriaalien pinnoille saadaan laadukas, symmetrinen ja vakaa oksidirakenne.

SuperDevice-hankkeessa tutkitaan Kontrox-teknologian toimivuutta jäähdytyssovelluksissa, joissa kaikki laitehäviöt on poistettava mahdollisimman täydellisesti. Tämä voi mahdollistaa uudenlaiset rakenteet, joissa myös pintarekombinaatio on lähes olematonta.

Hankkeessa hyödynnetään hallittua hapettumista huippuluokan yhdistepuolijohdelaitteissa. Hapettumisen avulla voidaan onnistua poistamaan rajoitteita, jotka hidastavat optisten jäähdytysteknologioiden kehittämistä. Ne voivat myöhemmin mullistaa puolijohdejäähdytyksen ja yleiset jäähdytyssovellukset.