サーマルダイオード

「サーマルダイオード」という用語は、以下を指します。

• 熱が一方向に優先的に流れるようにする（非電気的である可能性のある）装置。
• 熱効果または機能に関する電気（半導体）ダイオード。
• または、電気ダイオードがヒートポンプまたは熱電冷却器として使用される両方の状況を説明する場合もあります。

この意味でのサーマル ダイオードとは、一方向の熱の流れと他方向の熱の流れで熱抵抗が異なるデバイスです。つまり、サーマル ダイオードの最初の端子が 2 番目の端子よりも熱い場合、熱は最初の端子から 2 番目の端子に容易に流れますが、2 番目の端子が最初の端子よりも熱い場合、2 番目の端子から最初の端子への熱の流れはほとんどありません。

このような効果は、1930年代にChauncey Starrによって銅と酸化第一銅の界面で初めて観察されました。2002年から、この効果を説明する理論モデルが提案されました。2006年には、最初の微細固体熱ダイオードが作られました。 ^{[1] 2015年4月、} CNRのイタリアの研究者は、実用的な熱ダイオードの開発を発表し、^[2]結果をNature Nanotechnologyに掲載しました。^[3]

熱サイフォンは一方向の熱流として機能します。 重力で動作するヒートパイプにもこの効果があります。

マイクロプロセッサに組み込まれ、プロセッサのダイの温度を監視するために使用されるセンサー デバイスは、「サーマル ダイオード」とも呼ばれます。

サーマル ダイオードのこの用途は、温度に応じて電圧が直線的に変化するという電気ダイオードの特性に基づいています。温度が上昇すると、ダイオードの順方向電圧は低下します。クロック レートの高いマイクロプロセッサは、高い熱負荷に遭遇します。温度制限を監視するために、サーマル ダイオードが使用されます。サーマル ダイオードは通常、プロセッサ コアの最高温度が発生する部分に配置されます。ダイオードにかかる電圧は、ダイオードの温度に応じて変化します。最新の AMD および Intel CPU だけでなく、AMD および Nvidia GPU にも、オンチップ サーマル ダイオードが搭載されています。センサーはプロセッサ ダイ上に直接配置されているため、CPU および GPU の最もローカルで関連性の高い温度測定値を提供します。シリコン ダイオードの温度依存性は、摂氏 1 度あたり -2mV です。したがって、ダイオードに設定された電流を流し、ダイオードにかかる電圧を測定することで、接合部温度を判定できます。プロセッサに加えて、同じテクノロジが専用の温度センサー IC でも広く使用されています。

2 つのタイプがあります。1 つは、ペルチェ ゼーベック効果の原理に基づいて動作する半導体、または効率の低い金属(熱電対)を使用するタイプです。もう 1 つは、真空管と熱電子放出の原理に依存します。

• ペルチェ素子（ダイオード）などの、冷蔵庫のように逆方向に動作する熱機関

2009年現在、MITのチームは、従来よりも低い温度で熱を電気に変換するサーマルダイオードの構築に取り組んでいます。^[4]これは、エンジンの構築や電力生産に使用できます。現在のサーマルダイオードの効率は、200〜300℃の温度範囲で約18％です。^[5]

• 水を飲む鳥
• ループヒートパイプ
• サーモサイフォン

• 半導体熱ダイオードの効率向上に関するニュース記事
• 熱電発電：低熱を電気に変換する（半導体熱ダイオードの方程式）