Що заважає напівпровідникам працювати при температурі нижче -40 ° C чи більше?

13

Здається, більшість пристроїв характеризуються температурою від -40 ° C до ≥85 ° C. Що обмежує їх до холодних температур? Чи можна пошкодити ІМС, зберігаючи його занадто холодно? Це стосується інших пристроїв, наприклад, діодів, транзисторів?

temperature integrated-circuit

— Томас О
джерело

4

Я здогадуюсь, що тестова лабораторія не хоче купувати холодильник -50С. Розгін AMD Phenom II на -170С: youtube.com/watch?v=0Ggt9pA8X_c

— joeforker

8

@joeforker: Звідки походить цифра "-170 ° C"? Існує величезна різниця між "навколишнім" (рідким азотом) і фактичною температурою з'єднання, коли процесор розсіює потужність у кілька сотень Вт.

— Нік Т

3

Він випливає з опису відео на Youtube, звичайно, лише перевищеного коментарями як точного та проникливого джерела інформації.

— joeforker

17

Пошкодження IC-пакету при низьких температурах при незгодженому стані буде викликано механічним впливом; різниці в коефіцієнтах теплового розширення між епоксидною, свинцевою рамкою та штампом.

Проблеми з роботою виникнуть через підвищення опору (коефіцієнт опору напівпровідників від'ємний). Коли температура і концентрація допінгу буде досить низькою, напівпровідники, по суті, стануть ізоляторами і взагалі не будуть працювати, викликаючи не визначену роботу.

Деякі ІМ працюватимуть чудово при кріогенних температурах, але вони повинні запускатися теплими, щоб дозволити завантаження посилань напруги на пробій.

Теоретично, якщо якийсь транзистор "виходить з ладу" через заморожування несучої, ІС може пошкодити себе в іншому місці (не дуже ймовірно, оскільки більшість режимів відмови є термічними, і все на штампі дуже щільно пов'язане.)

Дивіться сторінки підручника тут для отримання додаткової інформації.

Редагувати:

Як зазначаєте, більшість пристроїв характеризуються зазвичай від -40 ° C до +85 ° C. Ніщо не говорить про те, що вони не працюватимуть до кріогенних температур.

— Нік Т
джерело

Я завжди забуваю це зазначити людям. Я просто мав на увазі, що вона перестала працювати, але це може пошкодити її.

— Кортук

+1 лише для посилання. Я, можливо, буду конструювати дошки, щоб дуже скоро поїхати в середовищі рідкого аргону (лише на трошки холодніше, ніж рідкий азот), тому мені знадобиться практична порада ...

— dmckee --- кошеня колишнього модератора

@dmckee Ви мені цікаво зараз :P, для якої програми ви використовуєте рідкий аргон? Я думаю, рідкий азот буде набагато дешевшим (і трохи холоднішим? N2 bp 77 K, Ar bp 87 K)

— Нік Т

1

Детектор фізики частинок називається камерою проекції часу. Традиційно вони проходили газову фазу, але це буде працювати з потрібними рідинами. Покладіть сильне поле поперек рідини, і сліди заряду, залишені іонізуючим випромінюванням, будуть переноситися (багато см і з надійною швидкістю) до польових (та індукційних) проводів, де його можна буде виявити та використати для відновлення тривимірної геометрії події . У Argoneut є фотографії з пристрою тестового стенда. І я міг би присягнути, що температура кипіння була 74 К. Ну добре ...

— dmckee --- колишнє кошеня модератора

4

Ви можете охарактеризувати деталі самостійно нижче -40, а механічних відмов можна значною мірою уникнути, якщо цикл температур повільний.

Деякі варіанти пакету працюють, а деякі - ні. хе-хе. ви повинні зробити цей експеримент самостійно.

Ви можете охарактеризувати деталі нижче 0С самостійно (легко використовуючи побутову морозильну камеру.)

Астрономи просто люблять занурювати речі в рідкий азот, щоб позбутися теплового шуму в мікросхемах камери та перетворювачах A / D.

Для екстремальних умов встановіть обігрівачі до значних частин (великі ковпачки, проблеми ІМС.)

Тоді ваші системи секціонування живлення включають нагрівачі, поки деталі не опиняться в температурному діапазоні, який ви характеризуєте.

— Тім Вілліскрофт
джерело

2

Окрім фізичних аспектів холодного кремнію, -40 / 85С, як правило, відповідає найсуворішим умовам, які потребують більшість людей (комерційні / промислові).

Практично характеристика пристрою - це дуже трудомісткий процес, оскільки він вимагає випробувальних приладів та іншого обладнання, здатного до температурного діапазону. Справа не в тому, щоб купувати кращу морозильну камеру, оскільки для багатьох пристроїв характерно те саме обладнання для тестування, яке використовується для тестування виробництва. Найцікавішою є збір та аналіз даних характеристик лише для того, щоб зрозуміти, що тестовий прилад застиг і почав збирати дані про сміття.

— Свист1560
джерело

Тільки тому, що морозилка однакова, не означає, що немає зайвих витрат на тест. Кожен градус нижче, який ви хочете перевірити, коштує часу, а це означає гроші.

— Warren Young