آج کل گھنے الیکٹرانک آلات سے پیدا ہونے والی گرمی وسائل کی مہنگی کھپت ہے۔ بہترین کمپیوٹنگ کارکردگی کے لئے نظام کو صحیح درجہ حرارت پر رکھنے کے لئے، امریکہ میں کولنگ سسٹم فلاڈیلفیا کے تمام رہائشیوں کی طرح زیادہ توانائی اور پانی استعمال کرتا ہے۔ اب مائع کولنگ چینل کو براہ راست سیمی کنڈکٹر چپ میں ضم کرکے محققین کو امید ہے کہ کم از کم بجلی کے الیکٹرانک آلات میں اس نقصان کو کم کیا جائے گا جس سے یہ چھوٹا، کم لاگت اور توانائی کی کم کھپت بن جائے گا۔
سوئٹزرلینڈ کے شہر لوزان میں ایکول انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی میں الیکٹریکل انجینئرنگ کے پروفیسر ایلیسن مٹیولی کا کہنا ہے کہ روایتی طور پر الیکٹرانک آلات اور تھرمل مینجمنٹ سسٹم الگ سے ڈیزائن اور تیار کیے جاتے ہیں۔ یہ ٹھنڈک کی کارکردگی کو بہتر بنانے میں ایک بنیادی رکاوٹ لاتا ہے، کیونکہ گرمی کو دور کرنے کے لئے متعدد مواد میں نسبتا طویل فاصلہ طے کرنا ہوگا۔ مثال کے طور پر، آج کے پروسیسرز میں، تھرمل مواد چپ سے بھاری ہوا سے ٹھنڈے تانبے کی گرمی سنک میں گرمی منتقل کرتا ہے۔
زیادہ توانائی کے قابل حل کے حصول کے لئے، مٹیولی اور ان کے ساتھیوں نے ایک کم لاگت کا عمل تیار کیا جو مائیکرو فلوئڈک کولنگ چینلز کے تھری ڈی نیٹ ورک کو براہ راست سیمی کنڈکٹر چپ میں ڈالتا ہے۔ مائع ہوا سے بہتر گرمی کو ہٹا سکتا ہے۔ خیال یہ ہے کہ کولنٹ مائیکرو میٹر کو چپ کے گرم مقامات سے دور رکھا جائے۔
لیکن پہلے رپورٹ کی گئی مائیکرو فلوئڈک کولنگ ٹیکنالوجی کے برعکس، انہوں نے کہا: "ہم شروع سے ہی الیکٹرانک آلات اور کولنگ سسٹم ڈیزائن کرتے ہیں۔ اس لیے مائیکرو چینل ہر ٹرانزسٹر ڈیوائس کے فعال علاقے سے نیچے واقع ہے جہاں اس کا درجہ حرارت سب سے زیادہ ہوتا ہے جس سے کولنگ کی کارکردگی میں 50 گنا اضافہ ہوتا ہے۔ انہوں نے حالیہ "نیچر" میگزین میں اپنے مشترکہ ڈیزائن کے تصور کی اطلاع دی۔
محققین نے 1981 کے اوائل میں مائیکرو چینل کولنگ ٹیکنالوجی کی تجویز پیش کی ہے اور کولیجی جیسی اسٹارٹ اپ کمپنیاں بھی پروسیسرز کے تصور پر عمل پیرا ہیں۔ تاہم سیمی کنڈکٹر انڈسٹری پلانر ڈیوائسز سے تھری ڈائمینشنل ڈیوائسز کی طرف منتقل ہو رہی ہے اور ملٹی لیئر سٹرکچرز کے ساتھ مستقبل کے چپس کی طرف بڑھ رہی ہے جس کی وجہ سے کولنگ چینلز ناقابل عمل ہو جاتے ہیں۔ بیلجیئم میں انٹریونیورسٹی مائیکرو الیکٹرانکس سینٹر اور کے یو لووین میں الیکٹرانک کولنگ سلوشنز کا مطالعہ کرنے والے ٹیوی وی نے کہا کہ اس طرح کا ایمبیڈڈ کولنگ حل جدید پروسیسرز اور چپس جیسے سی پی یو کے لئے موزوں نہیں ہے۔ انہوں نے کہا کہ اس کے برعکس اس طرح کی کولنگ ٹیکنالوجی پاور الیکٹرانکس کے لئے سب سے زیادہ معنی رکھتی ہے۔
پاور الیکٹرانک سرکٹ برقی توانائی کا انتظام اور تبدیلی کرتے ہیں، جو کمپیوٹر، ڈیٹا سینٹرز، سولر پینلز اور الیکٹرک گاڑیوں جیسے شعبوں میں وسیع پیمانے پر استعمال ہوتی ہے۔ انہوں نے بڑے علاقے کے متفرد آلات کا استعمال کیا جو وسیع بینڈ گیپ سیمی کنڈکٹرز جیسے گیلیئم نائٹرائڈ سے بنے تھے۔ متولی نے کہا کہ گزشتہ چند سالوں میں ان آلات کی بجلی کی کثافت میں تیزی سے اضافہ ہوا ہے جس کا مطلب یہ ہے کہ انہیں "گرمی کے ایک بہت بڑے سنک کے ساتھ جکڑا جانا چاہیے"۔
حال ہی میں پاور الیکٹرانک ماڈیولز مائع ٹھنڈک کی طرف متوجہ ہوئے ہیں، چاہے وہ ٹھنڈی پلیٹوں کے ذریعے ہو یا مائیکرو چینل کولنگ سسٹم کے ذریعے۔ تاہم آج تک تمام مائیکرو چینل کولنگ سسٹم الگ سے تیار کیے گئے ہیں اور پھر چپس کے ساتھ ملایا گیا ہے۔ بانڈنگ پرت گرمی کی مزاحمت میں اضافہ کرتی ہے، اور چینل اور سرکٹ ڈیوائس قریبی طور پر سیدھ میں نہیں ہیں۔
متولی نے اسی چپ میں آلات اور کولنگ چینلز تیار کرکے کہا کہ ہم اسے اگلے درجے پر لے گئے۔ انہوں نے سلیکون سبسٹریٹ پر لیپ کی گئی گیلیئم نائٹرائڈ پرت میں مائیکرون چوڑی دراڑیں نقش کیں۔ چیر 30μm لمبی اور 115μm گہری ہے۔ خصوصی گیس نقاشی ٹیکنالوجی کا استعمال کرتے ہوئے، وہ سلیکون سبسٹریٹ پر خلا کو بڑھا کر ایک چینل بناتے ہیں جس کے ذریعے مائع کولنٹ گزرتا ہے۔
پھر، محققین نے تانبے کا استعمال گیلیئم نائٹرائڈ پرت اور اس پر من گھڑت آلات میں چھوٹے کھلنے کو سیل کرنے کے لئے کیا۔ انہوں نے کہا: "ہمارے پاس صرف ویفر کے چھوٹے چھوٹے علاقوں میں مائیکرو چینلز ہیں اور یہ مائیکرو چینلز ہر ٹرانزسٹر کے ساتھ رابطے میں ہیں۔ اس سے یہ ٹیکنالوجی زیادہ موثر ہو جاتی ہے کیونکہ ہم قریب سے بہت زیادہ گرمی نکال سکتے ہیں، لیکن ہم طاقت کا استعمال کرتے ہیں پمپنگ بہت کم ہے۔ "
ایک مظاہرے کے طور پر محققین نے ایک اے سی ڈی سی ریکٹیفیئر سرکٹ بنایا جو چار شوٹکی ڈائوڈز پر مشتمل تھا۔ ہر ڈائیوڈ 1.2کے وی کو سنبھال سکتا ہے۔ اس طرح کے سرکٹ کے لئے عام طور پر مٹھی کے سائز کی گرمی سنک کی ضرورت ہوتی ہے۔ لیکن مائع کولنگ سسٹم کے ساتھ مربوط سرکٹ چپ کو یو ایس بی فلیش ڈرائیو کے سائز کے پرنٹڈ سرکٹ بورڈ پر نصب کیا گیا ہے۔ سرکٹ بورڈ تین پرتوں پر مشتمل ہے جس پر چینل کندہ ہیں تاکہ چپ کو ٹھنڈا مائع پہنچایا جاسکے۔
ڈسپلے سے پتہ چلتا ہے کہ 1700 ڈبلیو/سینٹی میٹر سے زیادہ بجلی کی کثافت کے ساتھ گرم مقامات² صرف 0.57 ڈبلیو/ سینٹی میٹر² پمپنگ پاور سے ٹھنڈا کیا جا سکتا ہے۔ پہلے رپورٹ کردہ مائیکرو فلوئڈک چینل کولنگ کے مقابلے میں کارکردگی میں 50 گنا بہتری لائی گئی ہے۔
وی نے کہا، "گیلیئم نائٹرائڈ فلم اور تانبے کی سیلنگ پرت کی قابل اعتمادی کا وقت کے ساتھ مطالعہ کیا جانا چاہئے۔ لیکن یہ اختراعی کولنگ حل "کم لاگت، الٹرا کمپیکٹ اور توانائی کی بچت کرنے والے پاور الیکٹرانک کولنگ سسٹم" کی طرف ایک قدم ہے۔ ایک بڑا قدم آگے بڑھنا."