Neue Elektronik

VTT hat angekündigt, eine auf Mikroelektronik und elektrischem Strom basierende Kühltechnologie zu entwickeln, die von elektronischen und photonischen Niedertemperaturkomponenten genutzt werden kann.

Die Technologie reduziert Größe, Stromverbrauch und Preis von Kühlsystemen und hat ein breites Anwendungsspektrum: Ein aktuelles Beispiel ist die Quantentechnologie.

Viele elektronische, photonische und quantentechnische Komponenten erfordern Kryotechnik, da sie nur bei sehr niedrigen Temperaturen funktionieren. Beispielsweise muss ein Quantencomputer, der aus supraleitenden Schaltkreisen aufgebaut ist, nahe dem absoluten Nullpunkt (-273,15 ℃) gekühlt werden. Derzeit werden solche Temperaturen durch komplexe und große Verdünnungskühler erreicht.

Die neue elektronische Methode von VTT kann bestehende Lösungen ersetzen und ergänzen und die Größe der Kühlschränke reduzieren. Dadurch ist es möglich, die Größe von Quantencomputern deutlich zu reduzieren.

Aktuelle Verdünnungskühlschränke basieren auf dem mehrstufigen Pumpen kryogener Flüssigkeiten. Obwohl diese Kühler heute kommerzielle Technologie sind, sind sie immer noch sehr teuer und groß. Was die Kühlertechnologie kompliziert macht, ist insbesondere die kälteste Stufe, in der das Kältemittel eine Mischung aus Heliumisotopen ist. Eine neue elektrische Kühltechnologie könnte diesen Teil ersetzen. Dadurch würde das System wesentlich einfacher, kleiner, effizienter und kostengünstiger werden. Ein Kühler in der Größe eines Autos, der einen etwa einen Quadratzentimeter großen Siliziumchip kühlt, könnte um Größenordnungen auf die Größe eines Koffers schrumpfen.

„Wir glauben, dass diese rein elektrische Kühlmethode in zahlreichen Anwendungen eingesetzt werden kann, die Kryotechnik erfordern, vom Quantencomputing über empfindliche Strahlungsdetektoren bis hin zur Weltraumtechnologie“, sagte VTT-Forschungsprofessor Mika Prunnila, der die Kühlerentwicklung leitet.

VTT-Forscher haben die Funktionalität der Kühlmethode bereits experimentell bestätigt. Die Methode wird nun im SoCool-Projekt zu einem kommerziellen Demonstrator verfeinert, der VTT im Rahmen des hart umkämpften EIC-Transition-Programms der Europäischen Kommission gewährt wurde. VTT wird auch die äußerst wichtige Grundlagenforschung zu elektronischen Kühlern im Rahmen des CoRE-Cryo-Projekts fortsetzen, das von der Technology Industries of Finland Centennial Foundation finanziert wird.

Mit elektrischer Kühlung können Komponenten direkt auf einem Siliziumchip oder in großen Allzweckkühlschränken aktiv gekühlt werden. Es handelt sich um eine Plattformtechnologie, die für zahlreiche Anwendungen geeignet ist und Chancen für neue Geschäfte schafft. Der aktive Teil des Kühlers wird mit mikroelektronischen Fertigungsmethoden auf Siliziumwafern hergestellt, was die Herstellung sehr kostengünstig macht.

„Wenn wir die Kühlsysteme benutzerfreundlicher, kleiner und kostengünstiger machen, kann dies die Anwendung kryogestützter Technologien in neuen Bereichen deutlich vorantreiben. Wir sehen, dass unsere elektronische Kühltechnologie bei dieser Entwicklung eine wichtige Rolle spielen kann“, sagte Prunnila.

Dank der Quantentechnologie ist die Kryotechnik zu einem Bereich zunehmenden Interesses geworden. Systeme, die für die extremen Anforderungen der Quantentechnologie entwickelt wurden, können auch in verschiedenen Sensoren, der Raumfahrttechnik und möglicherweise auch in der klassischen Informatik eingesetzt werden. Kompakte und benutzerfreundliche Kühlmethoden tragen zur großflächigen Einführung dieser Technologien bei.