Une découverte pourrait transformer la chaleur des processeurs en électricité

Une équipe internationale de scientifiques a développé un alliage innovant pour la récupération d’énergie sur puce. Composé de silicium, de germanium et d’étain, ce matériau pourrait permettre de convertir la chaleur résiduelle des processeurs informatiques en électricité, offrant ainsi de nouvelles possibilités pour l’efficacité énergétique des appareils électroniques

Une équipe internationale de chercheurs allemands, italiens et britanniques a développé un matériau thermoélectrique compatible avec les processus de fabrication des puces électroniques actuelles. L’alliage, composé d’éléments du groupe 4 du tableau périodique, présente des propriétés uniques pour la conversion de la chaleur en électricité.

Le Dr Dan Buca, responsable du groupe de recherche au centre de recherche Jülich, explique : « L’ajout d’étain au germanium réduit considérablement la conductivité thermique du matériau tout en maintenant ses propriétés électriques, une combinaison idéale pour les applications thermoélectriques. »

La consommation d’énergie des appareils électroniques ne cesse d’augmenter. En Europe, environ 1,2 exajoule de chaleur à basse température est gaspillée chaque année par les infrastructures et appareils informatiques, tels que les centres de données et les appareils intelligents. Cette quantité équivaut approximativement à la consommation d’énergie primaire de l’Autriche ou de la Roumanie.

L’intégration de ces alliages dans les puces informatiques à base de silicium permettrait d’utiliser la chaleur résiduelle générée pendant le fonctionnement et de la convertir en énergie électrique. Cette récupération d’énergie sur puce pourrait réduire considérablement le besoin de refroidissement externe et d’alimentation, conduisant à des appareils informatiques plus durables et plus efficaces.

Le professeur Giovanni Capellini, chef de projet à l’IHP, souligne l’importance de cette recherche : « Nous avons évalué l’un des paramètres les plus critiques pour un matériau thermoélectrique, la conductivité thermique, en utilisant une série de techniques expérimentales différentes sur des échantillons épitaxiaux avec diverses compositions d’alliages et épaisseurs. Notre recherche conjointe peut avoir un impact considérable dans le domaine des infrastructures informatiques vertes. »

L’objectif à long terme de la technologie à base de silicium est l’intégration monolithique de la photonique, de l’électronique et de la thermoélectricité sur une même puce. Cette combinaison de domaines pourrait non seulement améliorer les performances des appareils, mais aussi soutenir le développement de technologies plus durables.

Les groupes de recherche du Forschungszentrum Jülich et de l’IHP poursuivent leur collaboration fructueuse. Ils visent à développer davantage le matériau en étendant la composition de l’alliage à SiGeSn et à l’alliage ultime du groupe IV, CSiGeSn. Leur objectif est de fabriquer un dispositif thermoélectrique fonctionnel pour démontrer le potentiel de récupération d’énergie des alliages du groupe IV.

Cette activité est soutenue financièrement par une subvention récemment accordée par la DFG intitulée « Alliages SiGeSn pour la récupération d’énergie à température ambiante ». De plus, pour le FZJ, cette activité est partiellement soutenue par le conseil d’administration via le projet de doctorat collaboratif « Récupération d’énergie CMOS pour les applications de big data ».