Co uniemożliwia półprzewodniki działające w temperaturach poniżej -40 ° C?

13

Większość urządzeń wydaje się charakteryzować w temperaturach od -40 ° C do ≥85 ° C. Co ogranicza ich do niskich temperatur? Czy można uszkodzić układ scalony przez zbyt niską temperaturę? Czy dotyczy to innych urządzeń, np. Diod, tranzystorów?

temperature integrated-circuit

— Thomas O
źródło

4

Domyślam się, że laboratorium testowe nie chce kupować lodówki o temperaturze -50 ° C. Przetaktowywanie AMD Phenom II w -170 ° C: youtube.com/watch?v=0Ggt9pA8X_c

— joeforker

8

@joeforker: Skąd bierze się wartość „-170 ° C”? Musi istnieć ogromna różnica między „otoczeniem” (ciekły azot) a rzeczywistą temperaturą złącza, gdy procesor rozprasza kilkaset watów mocy.

— Nick T

3

Pochodzi z opisu na kanale Youtube, oczywiście przekroczony jedynie przez komentarze jako dokładne i wnikliwe źródło informacji.

— joeforker

17

Uszkodzenie pakietu układu scalonego w niskich temperaturach, gdy nie jest zasilany, byłoby spowodowane działaniem mechanicznym; różnice we współczynnikach rozszerzalności cieplnej między żywicą epoksydową, ramą ołowianą i matrycą.

Problemy z działaniem wynikałyby ze zwiększonej rezystancji (współczynnik rezystancji półprzewodników jest ujemny). Gdy temperatura i stężenie domieszki są wystarczająco niskie, półprzewodniki zasadniczo staną się izolatorami i w ogóle nie będą przewodzić, powodując nieokreślone działanie.

Niektóre układy scalone będą działać dobrze w temperaturach kriogenicznych, ale muszą zacząć się rozgrzewać, aby umożliwić odniesienie napięcia pasma wzbronionego.

Teoretycznie, jeśli jakiś tranzystor „zawiedzie” z powodu zamrożenia nośnika, układ scalony może uszkodzić się w innym miejscu (mało prawdopodobne, ponieważ większość trybów awarii jest termiczna, a wszystko na matrycy jest bardzo ściśle związane).

Zobacz strony z samouczkami , aby uzyskać więcej.

Edytować:

Jak zauważasz, większość urządzeń charakteryzuje się zwykle temperaturą od -40 ° C do +85 ° C. Nic nie mówi, że nie będą działać w temperaturach kriogenicznych.

— Nick T.
źródło

Zawsze zapominam o tym pamiętać ludziom. Miałem tylko na myśli, że przestał działać, ale mógł go uszkodzić.

— Kortuk

+1 tylko za link. Być może już niedługo będę projektować deski do pracy w środowisku ciekłego argonu (tylko trochę chłodniejszego niż ciekły azot), więc będę potrzebować praktycznych porad ...

— dmckee --- były moderator kotek

@dmckee Już mnie ciekawi :P, do jakiego rodzaju aplikacji używasz ciekłego argonu? Wyobrażam sobie, że ciekły azot byłby znacznie tańszy (i nieco zimniejszy? N2 pz 77 K, Ar pz 87 K)

— Nick T

1

Detektor fizyki cząstek zwany komorą projekcji czasowej. Tradycyjnie były one w fazie gazowej, ale będą działać z odpowiednimi płynami. Połóż silne pole na płynie, a ślady ładunku pozostawione przez promieniowanie jonizujące będą dryfować (wiele cm i w niezawodnym tempie) do przewodów pola (i indukcji), gdzie można je wykryć i wykorzystać do odtworzenia geometrii 3D zdarzenia . Argoneut ma zdjęcia z urządzenia stanowiska testowego. I mógłbym przysiąc, że temperatura wrzenia wynosiła 74 K. Ach, cóż ...

— dmckee --- były moderator kotek

4

Części można samodzielnie scharakteryzować poniżej -40, a uszkodzeń mechanicznych można w dużej mierze uniknąć, jeśli cykl temperatur jest wolny.

Niektóre opcje pakietów działają, niektóre nie. heheh. musisz sam wykonać ten eksperyment.

Możesz samodzielnie scharakteryzować części poniżej 0C (z łatwością używając domowej zamrażarki).

Astronomowie po prostu uwielbiają maczanie rzeczy w ciekłym azocie, aby pozbyć się szumu termicznego w swoich chipach aparatu i przetwornikach A / D.

W ekstremalnych warunkach należy zamontować grzejniki na znacznych częściach (duże nakrętki, problematyczne układy scalone).

Następnie systemy sekwencjonowania mocy włączają grzejniki, dopóki części nie osiągną określonego przez ciebie zakresu temperatur.

— Tim Williscroft
źródło

2

Poza fizycznymi aspektami zimnego krzemu, -40 / 85C ma tendencję do spełniania najbardziej rygorystycznych warunków, których większość ludzi potrzebuje (komercyjne / przemysłowe).

Praktycznie charakterystyka urządzenia jest procesem bardzo czasochłonnym, ponieważ wymaga osprzętu testowego i innego sprzętu zdolnego do pracy w zakresie temperatur. Nie chodzi o kupowanie lepszej zamrażarki, ponieważ wiele urządzeń charakteryzuje się tym samym sprzętem testowym, co testowanie produkcji. Zabawne jest zbieranie i analizowanie danych charakteryzujących, aby zdać sobie sprawę, że urządzenie testowe zamarzło i zaczęło zbierać dane śmieci.

— Gwizdek 1560
źródło

To, że zamrażarka jest taka sama, nie oznacza, że test nie wiąże się z żadnymi dodatkowymi kosztami. Każdy stopień niższy, który chcesz przetestować, kosztuje czas, co oznacza pieniądze.

— Warren Young,