科學家設計的矽、鍺和錫合金，可以將處理器產生的廢熱重新轉化為電能

在這個數位時代，從手機到龐大的資料中心，電子裝置已成為現代生活中不可或缺的一部分。然而，這些裝置同時也是臭名昭著的耗能大戶。大多數消耗的能量最終以熱量形式散失到環境中，造成巨大的能源浪費。歐洲的統計數據顯示，IT基礎設施和裝置每年浪費的低溫熱量高達1.2百萬兆焦耳，相當於奧地利或羅馬尼亞一個國家的年度能源消耗量。

突破性研究：歐洲科學家聯手開發新型半導體合金

面對這一嚴峻挑戰，來自歐洲多個國家的研究人員展開了一項劃時代的合作研究。他們成功開發出一種新型的矽、鍺和錫合金，這種材料能夠將電腦處理器產生的廢熱直接轉化為電能。這一突破性成果登上了著名科學期刊《ACS應用能源材料》的封面，象徵著片上能量收集技術領域的重大進展。

來自歐洲各地的研究人員創造出了一種鍺錫合金，可以將處理器的廢熱重新轉化為電能。

新型合金的獨特優勢：兼具低熱導率和高電氣性能

研究人員試圖解決電子裝置能耗不斷增加的問題，因為大部分能耗都以熱量的形式散失到環境中。在歐洲，IT 基礎設施和裝置每年浪費的低溫熱量約為 1.2 百萬兆焦耳，大致相當於奧地利或羅馬尼亞的能源消耗量。

解決的辦法似乎是直接利用這些裝置的低溫熱量（即低於 80°C 的溫度）來製造電腦處理器。問題是，能將熱量轉化為電能的材料非常少，而且沒有一種材料能與半導體製造廠的現有技術相容。

研究團隊的關鍵突破在於巧妙地在鍺中加入錫元素。這種創新的材料設計帶來了兩個重要優勢：

1. 顯著降低了材料的熱導率
2. 同時保持了優異的電氣特性

德國尤利希研究中心的丹‧布卡（Dan Buca）博士解釋道：「在鍺中添加錫可以大幅降低材料的熱導率，同時保持其電氣性能，這正是熱電應用所需要的完美組合。」

更為重要的是，這種新型半導體合金完全由元素週期表第四主族元素組成。這一特性使得它能夠輕易地整合到現有的晶片生產CMOS工藝中，解決了先前熱電材料難以與半導體製造技術兼容的問題。 

這項研究還可以提高裝置的性能。透過利用第四族元素的合金特性，應用領域擴展到熱電、光子和自旋電子學。這是因為每種技術都具有獨特的功能：熱電技術用於能量收集，光子學技術用於光基資料傳輸，自旋電子學技術用於磁基資訊處理，在同一晶片上實現這些技術的單片內建一直是矽基技術雄心勃勃的長期目標。

例如，與傳統的電子互連技術相比，光子元件可以實現更快的資料傳輸和更低的功耗。此外，通過在單個晶片上內建多種功能，而不是每種技術都需要單獨的晶片，可以開發出更緊湊的裝置。

 

 

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