加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA)的研究人員開發(fā)出一種固態(tài)熱晶體管，它能利用外部電場控制納米尺度的熱流。換句話說，這種原型機(jī)就像一個熱能電晶體管。

晶體管原型為集成電路中更有效的熱管理打開了大門，甚至為人類新陳代謝研究帶來了有趣的機(jī)會。

研究人員稱，他們最近開發(fā)的晶體管與半導(dǎo)體制造工藝高度兼容，性能優(yōu)越，同時只需消耗極少的電能就能持續(xù)開關(guān)和放大熱量。

消除集成電路熱量

UCLA團(tuán)隊(duì)開發(fā)熱晶體管的目的是解決縮小集成電路發(fā)熱的問題。熱量會導(dǎo)致能源浪費(fèi)，過多的熱量會降低電子元件的性能和使用壽命。熱管理可以提高系統(tǒng)的效率和電子元件的耐用性。

傳統(tǒng)的熱管理系統(tǒng)包括散熱器等被動設(shè)備、空氣和液體冷卻方法、熱電冷卻以及使用傳感器和控制系統(tǒng)實(shí)時調(diào)節(jié)溫度的主動熱控制。冷卻方法的選擇取決于芯片的功率密度、可用空間、成本考慮以及所需的冷卻水平等因素。

無論采用哪種冷卻方法，熱量移動通常都是一個緩慢的過程，大約需幾分鐘，這會影響芯片的性能和可靠性。

電門控?zé)衢_關(guān)

研究人員的熱晶體管的基本結(jié)構(gòu)類似于電子晶體管。器件通道連接冷熱蓄熱器，第三個端子作為柵極，利用電場控制熱導(dǎo)率。研究人員測量了該器件的熱導(dǎo)率，發(fā)現(xiàn)它與柵極電壓有很大關(guān)系。

當(dāng)施加 2.5 V 至 -2.5 V 的柵極電壓時，該器件的熱導(dǎo)率會從 10 MW/m2K 變?yōu)?134 MW/m2K。他們測試了該器件在開啟和關(guān)閉狀態(tài)之間的可逆性，測試周期長達(dá)一百萬次。

研究小組利用超快光學(xué)顯微鏡對熱轉(zhuǎn)換速度進(jìn)行了測量。該器件的快速熱轉(zhuǎn)換是場誘導(dǎo)的，取決于瞬時電荷動態(tài)。研究報告稱，這種切換在 0.1 赫茲到 1 兆赫的頻率范圍內(nèi)是可逆的。

工程學(xué)揭示細(xì)胞生物學(xué)

加州大學(xué)洛杉磯分校的研究小組認(rèn)為，他們的技術(shù)可以超越集成電路冷卻的范圍，拓展我們對人體熱量管理的理解。

細(xì)胞活動會產(chǎn)生熱量，了解分子水平的熱動態(tài)可以提供有關(guān)新陳代謝過程的信息。蛋白質(zhì)的折疊和展開也會產(chǎn)生熱量。如果研究人員能夠在分子水平上控制熱流，他們將來也許還能操縱蛋白質(zhì)達(dá)到治療目的。由于細(xì)胞會對溫度變化做出反應(yīng)，因此在分子水平上精確控制熱流可使研究人員研究細(xì)胞如何對溫度變化做出反應(yīng)。