專利名稱：用于大規(guī)模集成電路冷卻的激光制冷器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于激光制冷技術(shù)領(lǐng)域，根據(jù)反斯托克斯熒光制冷原理，設(shè)計(jì)出一種全新的用于大規(guī)模集成電路散熱的激光制冷器。
為了給大規(guī)模集成電路散熱，人們以往多采用風(fēng)扇的方法。由于風(fēng)扇振動(dòng)較大，使用時(shí)間長(zhǎng)又會(huì)沾滿灰塵發(fā)出很大的噪聲等缺點(diǎn)，決定了它不是理想的散熱器。
使用溫度是熒光制冷器件的一個(gè)重要指標(biāo)，在低溫下由于處于高能級(jí)的布居數(shù)非常小，因此實(shí)現(xiàn)激光制冷就較為困難。但是，由激光制冷的特點(diǎn)我們可以推斷，使用溫度越高實(shí)現(xiàn)熒光制冷越容易，可獲得的制冷效率也就越大。
人們運(yùn)用制冷技術(shù)時(shí)往往并不是一味地追求溫度降得越低越好，而是尋求一個(gè)可以接受的平衡溫度，只要系統(tǒng)產(chǎn)生的熱與制冷器吸收的熱在此溫度下達(dá)到平衡就可以了。對(duì)大規(guī)模集成電路的冷卻就是這樣，只要芯片的溫度不超過85℃，目的就達(dá)到了。而我們知道，溫度越高熒光制冷所能達(dá)到的制冷效率也就越高。因此對(duì)于類似集成電路的器件進(jìn)行恒溫時(shí)，激光制冷是非常理想的選擇。目前，微機(jī)上使用的是風(fēng)扇會(huì)產(chǎn)生很大的振動(dòng)和噪聲，如果在高尖軍事技術(shù)上使用這樣的制冷方式，無疑會(huì)降低該軍事技術(shù)的藏匿水平。如果引入激光制冷技術(shù)，就會(huì)解決這樣的問題。因此我們可以說，高溫下熒光制冷技術(shù)的應(yīng)用將具有更廣泛的前景。
本實(shí)用新型通過制冷介質(zhì)對(duì)泵浦激光的局陷作用，吸收更多的泵浦光，目的是提供一種用于大規(guī)模集成電路散熱的激光制冷器。
反斯托克斯熒光制冷技術(shù)將激光技術(shù)應(yīng)用于制冷，為大規(guī)模集成電路的冷卻開辟了新的途徑。這項(xiàng)技術(shù)具有全光性，它的制冷器具有體積小、重量輕、無電磁輻射、無振動(dòng)、無噪聲等特點(diǎn)，因此也就具有了非常誘人的應(yīng)用前景和符合軍事、空間、集成光學(xué)、微電子、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的特殊要求，而被國(guó)外研究者所重視。做為一項(xiàng)基本技術(shù)，激光制冷研究的突破必然會(huì)導(dǎo)致許多對(duì)溫度有特殊要求的高技術(shù)實(shí)用化，推動(dòng)那些領(lǐng)域向前發(fā)展。
對(duì)于大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路來說，由于內(nèi)部的電子元件數(shù)量巨大，往往發(fā)熱非常嚴(yán)重。在沒有制冷措施時(shí)，它們通常會(huì)達(dá)到攝氏幾百度的高溫，或者燒壞或者無法正常使用。對(duì)其制冷后，它可以在85℃以下正常工作，因此制冷的工作溫度相對(duì)來說比較高。而較高的工作溫度對(duì)于激光制冷意味著比較高的制冷效率。當(dāng)制冷介質(zhì)的溫度高于環(huán)境溫度時(shí)，環(huán)境的熱輻射就不會(huì)再對(duì)制冷效率產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，因?yàn)榇藭r(shí)制冷介質(zhì)發(fā)出的熱輻射已經(jīng)大于從環(huán)境吸收的熱輻射?？紤]將激光制冷介質(zhì)做成波導(dǎo)，以使制冷介質(zhì)對(duì)泵浦激光有局陷作用，增加對(duì)泵浦光的吸收。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。


圖1為本實(shí)用新型的示意圖。圖中，1-大規(guī)模集成電路；2-導(dǎo)熱反射層；3-激光制冷介質(zhì)，激光制冷介質(zhì)可以是不同成分和狀態(tài)的物質(zhì)，只要它具有激光制冷效應(yīng)。本實(shí)施例采用ZBLANPYb3+玻璃作為激光制冷介質(zhì)，其形狀結(jié)構(gòu)為平面波導(dǎo)；4、5-高反射率的反射膜；6-泵浦激光光束入射口；7-泵浦用激光器，8-會(huì)聚與準(zhǔn)直光學(xué)透鏡組；9-泵浦激光束，本實(shí)施例中激光束的波長(zhǎng)為1015納米；10-出射熒光。
本實(shí)施例具體工作如下從二級(jí)管泵浦激光器7發(fā)出的1015納米泵浦激光9由光學(xué)透鏡組8進(jìn)行會(huì)聚和準(zhǔn)直后射入泵浦激光光束入射口6，泵浦激光9在平面波導(dǎo)型的制冷介質(zhì)3中做直線和反射傳播，當(dāng)泵浦激光束9照射在高反射率的反射膜4、5上時(shí)發(fā)生反射。泵浦激光束9在激光制冷介質(zhì)3中傳播時(shí)被制冷介質(zhì)3中的Yb3+離子所吸收，Yb3+離子發(fā)射出反斯托克斯熒光，即出射熒光10所發(fā)射的熒光從制冷介質(zhì)3的上表面射出，并帶走了能量，達(dá)到了制冷的目的。大規(guī)模集成電路10的上表面附著一層導(dǎo)熱介質(zhì)即導(dǎo)熱反射層2，它可以將10所發(fā)出的熱量傳遞給激光制冷介質(zhì)3，并通過反斯托克斯熒光發(fā)射帶出系統(tǒng)之外。另外該導(dǎo)熱層對(duì)反斯托克斯熒光應(yīng)具有較高的反射，以減少對(duì)熒光的再吸收。泵浦激光從制冷介質(zhì)一側(cè)的小孔輸入，介質(zhì)的兩側(cè)鍍有高反層，以保證泵浦光在介質(zhì)中被來回地反射以增加介質(zhì)對(duì)它的吸收。制冷介質(zhì)的外形做成薄片狀，使得絕大部分反斯托克斯熒光在行進(jìn)了很短的光程后就離開了制冷介質(zhì)。
本實(shí)用新型根據(jù)反斯托克斯制冷原理，設(shè)計(jì)出一種用于大規(guī)模集成電路散熱的裝置，同現(xiàn)有的散熱方法比較，具有體積小，重量輕，無振動(dòng)，無噪聲等特點(diǎn)。
權(quán)利要求1.一種用于大規(guī)模集成電路冷卻的激光制冷器，其特征是在大規(guī)模集成電路(1)上表面附著一層導(dǎo)熱反射層(2)，平面波導(dǎo)型的制冷介質(zhì)(3)在導(dǎo)熱反射層(2)上，制冷介質(zhì)(3)外形作成薄片狀，側(cè)面鍍有高反射率的反射膜(4)、(5)，其中一側(cè)開有小孔作為激光光束入射口(6)；激光器(7)發(fā)出的泵浦激光束(9)由光學(xué)透鏡組(8)會(huì)聚和準(zhǔn)直后射入激光光束入射口(6)；進(jìn)入激光光束入射口(6)的泵浦激光在制冷介質(zhì)(3)中做直線和反射傳播。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于大規(guī)模集成電路冷卻的激光制冷器，其特征是所用的激光器(7)為二級(jí)管泵浦激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于大規(guī)模集成電路冷卻的激光制冷器，其特征是二級(jí)管泵浦激光器波長(zhǎng)為1015納米。
專利摘要本實(shí)用新型屬于激光制冷技術(shù)領(lǐng)域,利用反斯托克斯熒光制冷原理,提供一種用于大規(guī)模集成電路散熱的制冷器。主要由導(dǎo)熱反射層,制冷介質(zhì),激光器,高反射率的反射膜,光學(xué)透鏡組等構(gòu)成。為了給大規(guī)模集成電路散熱,將激光制冷介質(zhì)做成波導(dǎo),以使制冷介質(zhì)對(duì)泵浦激光有局陷作用,增加對(duì)泵浦光的吸收。用于大規(guī)模集成電路散熱的激光制冷器具有體積小、重量輕、無電磁輻射、無振動(dòng)、無噪聲等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L23/34GK2408572SQ9925855
公開日2000年11月29日 申請(qǐng)日期1999年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月23日
發(fā)明者秦偉平 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械研究所