Что мешает работе полупроводников ниже -40 ° C или около того?

13

Кажется, что большинство устройств характеризуются температурой от -40 ° C до ≥85 ° C. Что ограничивает их холодными температурами? Может ли быть повреждена микросхема, если она будет слишком холодной? Относится ли это к другим устройствам, например, к диодам, транзисторам?

temperature integrated-circuit

— Томас О
источник

4

Я предполагаю, что испытательная лаборатория не хочет покупать холодильник -50C. Разгон AMD Phenom II при -170C: youtube.com/watch?v=0Ggt9pA8X_c

— joeforker

8

@joeforker: откуда взялась цифра "-170 ° C"? Там должно быть огромная разница между «окружающей» (жидкий азот) и фактической температурой перехода, когда процессор рассеивает несколько сотен ватт мощности.

— Ник Т

3

Это происходит из описания на Youtube видео, конечно, только превосходит комментарии как точный и проницательный источник информации.

— Joeforker

17

Повреждение пакета IC при низких температурах в то время как без питания будет вызвано механическими воздействиями; различия в коэффициентах теплового расширения между эпоксидной смолой, свинцовой рамой и матрицей.

Проблемы с работой могут быть вызваны повышенным сопротивлением (температурный коэффициент сопротивления полупроводников отрицательный). Когда температура и легирующая концентрация достаточно низки, полупроводники по существу становятся изоляторами и не проводят вообще, вызывая неопределенную работу.

Некоторые микросхемы будут нормально работать при криогенных температурах, но они должны начать нагреваться, чтобы обеспечить загрузку опорных напряжений.

Теоретически, если какой-то транзистор «выйдет из строя» из-за замерзания несущей, ИС может повредить себя в другом месте (маловероятно, так как большинство режимов отказа являются тепловыми, а все на кристалле очень тесно связано).

Смотрите учебные страницы здесь для получения дополнительной информации.

Редактировать:

Как вы заметили, большинство устройств характеризуются температурой от -40 до +85 ° C. Ничто не говорит, что они не будут работать до криогенных температур.

— Ник Т
источник

Я всегда забываю отметить это людям. Я просто имел в виду, что он перестал работать, но это может повредить.

— Кортук

+1 только за ссылку. Возможно, я очень скоро разрабатываю доски для работы в среде жидкого аргона (чуть чуть холоднее, чем в жидком азоте), поэтому мне понадобятся практические советы ...

— dmckee - котенок экс-модератора

@dmckee Тебе интересно :P, для какого вида применения ты используешь жидкий аргон? Я предположил бы, что жидкий азот будет намного дешевле (и немного холоднее? N2 б.п. 77 К, Ar б.п. 87 К)

— Ник Т

1

Детектор физики элементарных частиц называется камерой проекции времени. Традиционно они были газовой фазой, но она будет работать с правильными жидкостями. Поместите сильное поле поперек жидкости, и следы заряда, оставленные ионизирующим излучением, будут дрейфовать (много см и с надежной скоростью) к проводам поля (и индукции), где его можно обнаружить и использовать для восстановления трехмерной геометрии события , Argoneut имеет фотографии с устройства испытательного стенда. И я мог бы поклясться, что температура кипения составляла 74 К. Ах, хорошо ...

— dmckee --- котенок экс-модератора

4

Вы можете охарактеризовать детали самостоятельно ниже -40, и механических отказов можно избежать, если температурный цикл медленный.

Некоторые варианты пакетов работают, некоторые нет. хехех. Вы должны сделать этот эксперимент самостоятельно.

Вы можете охарактеризовать детали ниже 0С самостоятельно (легко используя домашнюю морозильную камеру.)

Астрономы просто обожают намазываться жидким азотом, чтобы избавиться от теплового шума в своих микросхемах и аналого-цифровых преобразователях.

Для экстремальных условий установите нагреватели на значимые детали (большие крышки, проблемные микросхемы).

Затем ваша система силового секвенирования включает нагреватели до тех пор, пока детали не будут находиться в диапазоне температур, который вы охарактеризовали.

— Тим Виллискрофт
источник

2

Кроме физических аспектов холодного кремния, -40 / 85C имеет тенденцию соответствовать самым строгим условиям, которые понадобятся большинству людей (коммерческие / промышленные).

На практике характеристика устройства является очень трудоемким процессом, поскольку для него требуются испытательные приборы и другое оборудование, способное работать в диапазоне температур. Речь идет не о покупке лучшей морозильной камеры, поскольку многие устройства характеризуются тем же испытательным оборудованием, которое использовалось для производственных испытаний. Самое интересное - это сбор и анализ данных характеристик только для того, чтобы понять, что тестовое устройство замерзло и начало собирать данные об мусоре.

— Whistle1560
источник

Тот факт, что морозильник такой же, не означает, что тест не требует дополнительных затрат. Каждая ступень ниже, которую вы хотите проверить, стоит времени, что означает деньги.

— Уоррен Янг