Після того, як чіп перегріється, він може почати несправно працювати - наприклад, багато програм можуть почати виходити з ладу, коли частина або всі частини комп'ютера перегріваються.
Що саме відбувається, через що мікросхеми несправні, коли вони перегріваються?
Відповіді:
Щоб розширити інші відповіді.
Причин більше, але ці важливі нечисленні.
Основна проблема роботи ІС при високих температурах - сильно збільшений струм витоку окремих транзисторів. Струм витоку може збільшуватися настільки, що впливає рівень напруги комутації пристроїв, так що сигнали не можуть належним чином поширюватися всередині мікросхеми, і він перестає функціонувати. Зазвичай вони відновлюються, коли їм дають охолонути, але це не завжди так.
Виробничі процеси для високотемпературної роботи (до 300 ° C) використовують технологію CMOS на ізоляторі кремнію через низьку протікання в дуже широкому діапазоні температур.
Лише одне доповнення до відмінних відповідей: технічно це не допанти, які стають більш мобільними, це збільшення внутрішньої концентрації носіїв. Якщо дозанти / носії стають менш рухливими, оскільки кристалічна решітка кремнію починає "вібрувати" через збільшення теплової енергії, що ускладнює протікання електронів і дірок через пристрій - оптичне розсіювання фононів, я вважаю, що фізики називають це, але я можу помилятися.
Коли внутрішня концентрація носія зростає за рівнем допінгу, ви втрачаєте електричне управління пристроєм. Внутрішні носії - це ті, які існують перед тим, як ми зашпаровуємо кремній, ідея напівпровідників полягає в тому, що ми додаємо свої власні носії для створення pn-переходів та інших цікавих речей, які роблять транзистори. Кремній перевищує близько 150 ° С, тому радіаційний радіочастотний і високошвидкісний процесори дуже важливі, оскільки 150degC не дуже складно досягти на практиці. Існує прямий зв'язок між внутрішньою концентрацією носія та струмом витоку пристрою.
Як і інші діячі, показані, це лише одна з причин відмови мікросхем - це навіть може звестись до чогось такого простого, як проводка, що стає занадто гарячою і вискакує з її колодки, є величезний список речей.
Хоча струми витоку збільшуються, я б очікував, що більша проблема для багатьох пристроїв на базі MOS полягає в тому, що кількість струму, що проходить через МОП транзистор у стані "ввімкнення", зменшиться, коли пристрій нагріється. Щоб пристрій справно працював, транзистор, який перемикає вузол, повинен мати можливість заряджати або розряджати будь-яку приховану ємність у цій частині ланцюга, перш ніж щось інше спирається на той вузол, який був переключений. Зниження здатності транзисторів пропускати струм зменшить швидкість, з якою вони можуть заряджати або розряджати вузли. Якщо транзистор не в змозі зарядити або розрядити вузол достатньо до того, як інша частина ланцюга покладається на той вузол, який був переключений, схема буде працювати несправно.
Зауважте, що для пристроїв NMOS було розроблено проектний компроміс при розміщенні пасивних підтягуючих транзисторів; чим більше пасивний підтягувач, тим швидше вузол може переключитися з низького на високий, але тим більше витрачається потужність, коли вузол буде низьким. Тому багато таких пристроїв експлуатувалися дещо біля краю правильної роботи, і несправності на основі тепла були (а для старовинної електроніки залишаються) досить поширеними. Для звичайної електроніки CMOS такі проблеми, як правило, менш гострі; Я практично не уявляю, наскільки вони грають роль у таких речах, як процесори з багато GHZ.
Для доповнення існуючих відповідей сьогоднішні схеми чутливі до наступних двох ефектів старіння (не тільки цих, але вони є основними в процесах <150 нм):
Оскільки температура збільшує мобільність носіїв, вона збільшує ефекти HCI та NBTI, але температура не є основною причиною для NBTI та HCI:
Ці два ефекти старіння кремнію спричиняють як оборотні, так і незворотні пошкодження транзисторів (впливаючи / погіршуючи підкладки ізолятора), що збільшують поріг напруги транзистора (Vt). В результаті деталі буде потрібна більша напруга, щоб підтримувати той же рівень працездатності, що передбачає підвищення робочої температури і, як сказано в інших постах, призведе до посиленого витоку транзисторних затворів.
Підводячи підсумок, температура насправді не зробить частину віком швидше, це більш висока частота і напруга (тобто розгін), які зроблять частину віком. Але для старіння транзисторів знадобиться більша робоча напруга, яка зробить деталь нагрітою більше.
Corolary: наслідком розгону є підвищення температури та необхідної напруги.
Загальна причина, по якій ІС виходять з ладу, незворотно полягає в тому, що металевий алюміній всередині них, який використовується для створення взаємозв'язків між різними елементами, плавиться та відкриває або замикає пристрої.
Так, струми витоку збільшаться, але, як правило, це не сам струм витоку, а тепло, яке це спричиняє, і наслідки пошкодження металу всередині СК.
Ланцюги живлення (наприклад, джерела живлення, драйвери високого струму тощо) можуть пошкодитися, оскільки при високій напрузі, коли драйвери транзисторів швидко вимикаються, утворюються внутрішні струми, які викликають замикання пристрою, або нерівномірний розподіл електроенергії всередині нього, що викликає локальну нагрівання та подальша несправність металу.
Велика кількість (1000-х) повторних теплових циклів може спричинити збій через невідповідність між механічним розширенням ІС та пакетом, врешті-решт спричиняючи розрив провідних зв'язків або обмеження пластикового матеріалу упаковки та подальший механічний збій.
Звичайно, велика кількість параметричних характеристик ІС задається лише в заданому діапазоні температур, і вони можуть бути не в специфікаціях поза цим. Залежно від конструкції, це може спричинити збій або неприйнятний параметричний зсув (у той час як ІС знаходиться поза температурним діапазоном) - це може статися при надзвичайно високих або низьких температурах.