用於大規模集成電路冷卻的雷射製冷器的製作方法

2023-07-11 21:44:31 1

專利名稱：用於大規模集成電路冷卻的雷射製冷器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於雷射製冷技術領域，根據反斯託克斯螢光製冷原理，設計出一種全新的用於大規模集成電路散熱的雷射製冷器。
為了給大規模集成電路散熱，人們以往多採用風扇的方法。由於風扇振動較大，使用時間長又會沾滿灰塵發出很大的噪聲等缺點，決定了它不是理想的散熱器。
使用溫度是螢光製冷器件的一個重要指標，在低溫下由於處於高能級的布居數非常小，因此實現雷射製冷就較為困難。但是，由雷射製冷的特點我們可以推斷，使用溫度越高實現螢光製冷越容易，可獲得的製冷效率也就越大。
人們運用製冷技術時往往並不是一味地追求溫度降得越低越好，而是尋求一個可以接受的平衡溫度，只要系統產生的熱與製冷器吸收的熱在此溫度下達到平衡就可以了。對大規模集成電路的冷卻就是這樣，只要晶片的溫度不超過85℃，目的就達到了。而我們知道，溫度越高螢光製冷所能達到的製冷效率也就越高。因此對於類似集成電路的器件進行恆溫時，雷射製冷是非常理想的選擇。目前，微機上使用的是風扇會產生很大的振動和噪聲，如果在高尖軍事技術上使用這樣的製冷方式，無疑會降低該軍事技術的藏匿水平。如果引入雷射製冷技術，就會解決這樣的問題。因此我們可以說，高溫下螢光製冷技術的應用將具有更廣泛的前景。
本實用新型通過製冷介質對泵浦雷射的局陷作用，吸收更多的泵浦光，目的是提供一種用於大規模集成電路散熱的雷射製冷器。
反斯託克斯螢光製冷技術將雷射技術應用於製冷，為大規模集成電路的冷卻開闢了新的途徑。這項技術具有全光性，它的製冷器具有體積小、重量輕、無電磁輻射、無振動、無噪聲等特點，因此也就具有了非常誘人的應用前景和符合軍事、空間、集成光學、微電子、醫學等領域的特殊要求，而被國外研究者所重視。做為一項基本技術，雷射製冷研究的突破必然會導致許多對溫度有特殊要求的高技術實用化，推動那些領域向前發展。
對於大規模、超大規模集成電路來說，由於內部的電子元件數量巨大，往往發熱非常嚴重。在沒有製冷措施時，它們通常會達到攝氏幾百度的高溫，或者燒壞或者無法正常使用。對其製冷後，它可以在85℃以下正常工作，因此製冷的工作溫度相對來說比較高。而較高的工作溫度對於雷射製冷意味著比較高的製冷效率。當製冷介質的溫度高於環境溫度時，環境的熱輻射就不會再對製冷效率產生嚴重的影響，因為此時製冷介質發出的熱輻射已經大於從環境吸收的熱輻射。考慮將雷射製冷介質做成波導，以使製冷介質對泵浦雷射有局陷作用，增加對泵浦光的吸收。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細的描述。


圖1為本實用新型的示意圖。圖中，1-大規模集成電路；2-導熱反射層；3-雷射製冷介質，雷射製冷介質可以是不同成分和狀態的物質，只要它具有雷射製冷效應。本實施例採用ZBLANPYb3+玻璃作為雷射製冷介質，其形狀結構為平面波導；4、5-高反射率的反射膜；6-泵浦雷射光束入射口；7-泵浦用雷射器，8-會聚與準直光學透鏡組；9-泵浦雷射束，本實施例中雷射束的波長為1015納米；10-出射螢光。
本實施例具體工作如下從二級管泵浦雷射器7發出的1015納米泵浦雷射9由光學透鏡組8進行會聚和準直後射入泵浦雷射光束入射口6，泵浦雷射9在平面波導型的製冷介質3中做直線和反射傳播，當泵浦雷射束9照射在高反射率的反射膜4、5上時發生反射。泵浦雷射束9在雷射製冷介質3中傳播時被製冷介質3中的Yb3+離子所吸收，Yb3+離子發射出反斯託克斯螢光，即出射螢光10所發射的螢光從製冷介質3的上表面射出，並帶走了能量，達到了製冷的目的。大規模集成電路10的上表面附著一層導熱介質即導熱反射層2，它可以將10所發出的熱量傳遞給雷射製冷介質3，並通過反斯託克斯螢光發射帶出系統之外。另外該導熱層對反斯託克斯螢光應具有較高的反射，以減少對螢光的再吸收。泵浦雷射從製冷介質一側的小孔輸入，介質的兩側鍍有高反層，以保證泵浦光在介質中被來回地反射以增加介質對它的吸收。製冷介質的外形做成薄片狀，使得絕大部分反斯託克斯螢光在行進了很短的光程後就離開了製冷介質。
本實用新型根據反斯託克斯製冷原理，設計出一種用於大規模集成電路散熱的裝置，同現有的散熱方法比較，具有體積小，重量輕，無振動，無噪聲等特點。
權利要求1.一種用於大規模集成電路冷卻的雷射製冷器，其特徵是在大規模集成電路(1)上表面附著一層導熱反射層(2)，平面波導型的製冷介質(3)在導熱反射層(2)上，製冷介質(3)外形作成薄片狀，側面鍍有高反射率的反射膜(4)、(5)，其中一側開有小孔作為雷射光束入射口(6)；雷射器(7)發出的泵浦雷射束(9)由光學透鏡組(8)會聚和準直後射入雷射光束入射口(6)；進入雷射光束入射口(6)的泵浦雷射在製冷介質(3)中做直線和反射傳播。
2.根據權利要求1所述的用於大規模集成電路冷卻的雷射製冷器，其特徵是所用的雷射器(7)為二級管泵浦雷射器。
3.根據權利要求2所述的用於大規模集成電路冷卻的雷射製冷器，其特徵是二級管泵浦雷射器波長為1015納米。
專利摘要本實用新型屬於雷射製冷技術領域,利用反斯託克斯螢光製冷原理,提供一種用於大規模集成電路散熱的製冷器。主要由導熱反射層,製冷介質,雷射器,高反射率的反射膜,光學透鏡組等構成。為了給大規模集成電路散熱,將雷射製冷介質做成波導,以使製冷介質對泵浦雷射有局陷作用,增加對泵浦光的吸收。用於大規模集成電路散熱的雷射製冷器具有體積小、重量輕、無電磁輻射、無振動、無噪聲等優點。
文檔編號H01L23/34GK2408572SQ9925855
公開日2000年11月29日 申請日期1999年12月23日 優先權日1999年12月23日
發明者秦偉平 申請人:中國科學院長春光學精密機械研究所