一种基于宽带半导体的腔增强激光冷却芯片的方法、以及半导体芯片

本发明属于半导体芯片冷却领域，具体涉及一种基于宽带半导体的腔增强激光冷却芯片的方法、以及半导体芯片。

背景技术：

1、随着当前大规模并行计算(超算)、大数据、云计算、新一代5g通信技术、互联网+、人工智能(ai)产业等的爆炸式发展，数据中心(机房)的建设进入了一个全新的热潮。而对于发热量大的大型机房设施，要使其正常工作，必须使用功率强大的制冷设备来保证其正常工作。另外，随着微加工技术的不断发展，芯片小型化封装带来的集成度越来越高，其单位面积上承受的热流密度急剧增大，数据中心的散热问题将更为凸显。因此，寻求更为先进、高效的散热/冷却技术，是实现数据中心低能耗、产业绿色可持续发展和社会碳排放减少迫切需求。

2、传统的半导体制冷方法有风冷技术、半导体制冷片、热管冷却、浸入式冷却等，但每种方法都有其局限性。例如，风冷技术中风扇在运行时会产生噪音，特别是在高转速时，可能会影响到用户的使用体验，而且需要消耗一定的电能来运行，会增加设备能耗；而半导体制冷片和热管冷却都需要使用高质量的半导体材料，且制作工艺复杂，导致成本较高；浸入式冷却虽然高效，但是须完全定制化设计而导致成本高昂等，即传统的半导体冷却技术都有其局限性。因此，不断创新和改进冷却技术是芯片领域的重要趋势。

技术实现思路

1、本发明针对现有的技术存在的问题，提供了一种基于宽带半导体的腔增强激光冷却芯片的方法，更好地实现半导体芯片冷却。

2、为解决以上技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于宽带半导体的腔增强激光冷却芯片的方法，包括以下步骤：

3、s1、选择在zno中掺杂的受主杂质，所述受主杂质为ⅲ族元素，根据受主杂质确定激光波长，所述激光频率满足预设值；

4、s2、在半导体的sio2隔离层上刻蚀出闭合回路的凹槽，将掺杂后的zno熔融到凹槽内，形成一条闭合光纤；

5、s3、激光将受主杂质能级上的电子激发到zno的导带底，通过自发辐射过程，电子回落到价带中的各能级上，回到价带中的电子可以重复以上过程。基于zno的折射率大于sio2的折射率，激光耦合在凹槽内部不断全反射，持续进行反斯托克斯的过程，可实现半导体层内各处的腔内增强冷却。

6、进一步地，前述的ⅲ族元素包括ga或者b。

7、进一步地，前述的步骤s1中，激光频率满足下式：

8、hv＝eg-δea，

9、式中，δea为受主杂质电离能，eg为zno的禁带宽度，v为激光频率，h为普朗克常数。

10、进一步地，前述的步骤s2中，闭合回路凹槽为s型、方波型，锯齿型。

11、本发明还提出一种利用本发明所述方法制成的半导体芯片，包括在半导体芯片上刻蚀出闭合回路的凹槽，所述凹槽能够将接收到的激光耦合在凹槽内部不断反射，持续进行反斯托克斯的过程，实现腔内增强冷却。

12、相较于现有技术，本发明采用以上技术方案的有益技术效果如下：

13、1、本方案属于利用反斯托克斯的过程进行激光主动制冷，与现有的在zno中掺入ga元素用于半导体被动制冷的原理截然不同。

14、2、本方案仅利用一个功率较小的激光耦合到闭合回路内进行全反射，在半导体芯片的二维平面内持续进行类似反斯托克斯的过程，起到腔内增强的散热效果。

15、3、本方案尤其适用于高集成度的多层芯片，在层与层之间使用这个方法可以进行有效散热。

技术特征：

1.一种基于宽带半导体的腔增强激光冷却芯片的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于宽带半导体的腔增强激光冷却芯片的方法，其特征在于，所述ⅲ族元素包括ga或者b。

3.根据权利要求1所述的一种基于宽带半导体的腔增强激光冷却芯片的方法，其特征在于，步骤s1中，激光频率满足下式：

4.根据权利要求1所述的一种基于宽带半导体的腔增强激光冷却芯片的方法，其特征在于，步骤s2中，闭合回路凹槽为s型、方波型，锯齿型。

5.一种利用权利要求1所述的方法制成的半导体芯片，其特征在于，包括在半导体芯片上刻蚀出闭合回路的凹槽，所述凹槽能够将接收到的激光耦合在凹槽内部不断反射，持续进行反斯托克斯的过程，实现腔内增强冷却。

技术总结本发明提供一种基于宽带半导体的腔增强激光冷却芯片的方法、以及半导体芯片，该方法首先在ZnO中掺杂受主杂质，根据受主杂质确定激光波长，然后在半导体的SiO<subgt;2</subgt;隔离层上刻蚀出闭合回路的凹槽，将掺杂后的ZnO熔融到凹槽内，形成一条闭合光纤；基于ZnO的折射率大于SiO<subgt;2</subgt;的折射率，激光耦合在凹槽内部不断全反射，持续进行反斯托克斯的过程，实现腔内增强冷却。本发明能够起到腔内增强的冷却效果，是一种更为先进、高效的散热及冷却技术。技术研发人员：邵旭萍,杨晓华,俞悦受保护的技术使用者：南通大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4