Des scientifiques sud-coréens ont récemment dévoilé un nouveau refroidisseur à semi-conducteurs pouvant atteindre -184 degrés Fahrenheit en une demi-heure environ et qui pourrait être utilisé dans l’informatique quantique et la fusion nucléaire.
Le refroidisseur à semi-conducteurs a été développé par des chercheurs de l’Institut coréen des machines et des matériaux (KIMM). L’équipe était dirigée par Junseok Ko, PhD, chef du département des systèmes de stockage d’énergie de l’institut.
Selon Ko, le refroidisseur repose sur une turbine à grande vitesse qui tourne à 60 000 tours par minute (rpm). Il utilise de l’azote gazeux comme réfrigérant, qui n’a aucun potentiel de réchauffement climatique (PRG).
Le système est destiné à la production de copeaux, qui nécessite un contrôle précis de la température. Il pourrait entrer sur le marché en 2027. « Depuis qu’ils se sont fixé comme objectif de développer un refroidisseur industriel en 2024, nos chercheurs ont travaillé pour faire progresser la technologie jusqu’à un niveau adapté à la commercialisation », a déclaré Ko.
Refroidissement ultra-rapide
Le refroidisseur fonctionne sur un cycle de réfrigération Turbo-Brayton (également appelé cycle turbo-Brayton inversé). Il utilise du gaz comprimé et détendu pour produire des températures extrêmement basses.
Selon Ko, le refroidisseur fournit 15 kW de capacité de refroidissement à des températures aussi basses que -184 degrés Fahrenheit (-120 degrés Celsius). Il s’appuie également sur une turbomachine sans huile pouvant fonctionner jusqu’à 60 000 tours par minute (tr/min). De plus, des roulements magnétiques maintiennent les pièces rotatives de la turbine en place sans contact physique.
En conséquence, il peut fonctionner sans huile lubrifiante et éviter d’éventuels problèmes de gel et mécaniques. « De plus, le système a été simplifié et conçu avec une structure compacte pour minimiser l’espace d’installation dans les installations industrielles », a déclaré l’équipe. L’unité de refroidissement de 5,2 pieds de large, 5,2 pieds de profondeur et 6,9 pieds de haut peut atteindre sa pleine capacité de refroidissement de 15 kW en une heure.
Il fonctionne également à des pressions ne dépassant pas 10 atmosphères (bar). Cela fait de cette technologie une alternative potentielle aux systèmes de refroidissement à semi-conducteurs conventionnels qui reposent sur des réfrigérants à fort potentiel de réchauffement climatique.
Préparation à la production commerciale
Le refroidisseur intervient dans un contexte de demande croissante de systèmes avancés de refroidissement des puces. Ceci est particulièrement important lors de la gravure de minuscules motifs sur des puces, où des températures précises sont essentielles pour éviter les erreurs.
En utilisant de l’azote au lieu des réfrigérants synthétiques conventionnels, le nouveau système pourrait réduire l’impact climatique associé aux fuites de réfrigérant. « L’azote, utilisé comme réfrigérant, a un potentiel de réchauffement climatique (PRP) nul et offre des avantages en matière d’environnement et de sécurité », ont déclaré les chercheurs.
KIMM a transféré la technologie à Chago Engineering, une entreprise sud-coréenne spécialisée dans les systèmes de refroidissement et les refroidisseurs de semi-conducteurs respectueux de l’environnement. L’institut étudie entre-temps des technologies cryogéniques encore plus extrêmes.
Jusqu’à présent, ils ont démontré un refroidissement à -328 degrés Fahrenheit (-200 degrés Celsius) avec d’autres systèmes et travaillent à des températures aussi basses que -418 et -452 degrés Fahrenheit (-250 et -269 degrés Celsius).
Ceux-ci pourraient être utilisés dans l’informatique quantique, la recherche sur l’hydrogène, la fusion nucléaire et l’exploration spatiale. « En nous appuyant sur cette réussite, nous continuerons à développer des technologies industrielles de refroidissement cryogénique qui peuvent être appliquées non seulement à la fabrication de semi-conducteurs mais également à un large éventail d’industries futures prometteuses », a conclu Ko dans un communiqué de presse.
