Was verhindert, dass Halbleiter unter -40 ° C oder so arbeiten?

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Die meisten Geräte scheinen über -40 ° C bis ≥85 ° C charakterisiert zu sein. Was begrenzt sie auf kalte Temperaturen? Kann ein IC beschädigt werden, wenn er zu kalt aufbewahrt wird? Gilt das auch für andere Geräte, zB Dioden, Transistoren?

temperature integrated-circuit

— Thomas O.
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Ich vermute, dass das Prüflabor keinen Kühlschrank mit -50 ° C kaufen möchte. AMD Phenom II Übertakten bei -170C: youtube.com/watch?v=0Ggt9pA8X_c

— joeforker

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@ joeforker: Woher kommt die Angabe "-170 ° C"? Wenn der Prozessor ein paar hundert Watt Leistung abgibt, besteht mit Sicherheit ein enormer Unterschied zwischen der Umgebungstemperatur (flüssiger Stickstoff) und der tatsächlichen Sperrschichttemperatur.

— Nick T

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Es kommt von der Beschreibung auf dem Youtube-Video natürlich nur übertroffen durch die Kommentare als genaue und aufschlussreiche Informationsquelle.

— JoeForker

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Schäden an einem IC-Gehäuse bei niedrigen Temperaturen im stromlosen Zustand sind auf mechanische Einflüsse zurückzuführen. Unterschiede in den Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Epoxidharz, Leiterrahmen und Chip.

Betriebsprobleme sind auf einen erhöhten Widerstand zurückzuführen (der Widerstandstemperaturkoeffizient der Halbleiter ist negativ). Wenn die Temperatur und die Dotierungskonzentration niedrig genug sind, werden Halbleiter im Wesentlichen zu Isolatoren und leiten überhaupt nicht, was einen nicht spezifizierten Betrieb verursacht.

Einige ICs funktionieren bei kryogenen Temperaturen einwandfrei, müssen jedoch warmlaufen, damit die Bandlückenspannungsreferenzen hochgefahren werden können.

Theoretisch könnte sich der IC selbst beschädigen, wenn ein Transistor aufgrund eines Einfrierens der Ladungsträger "ausfällt" (nicht sehr wahrscheinlich, da die meisten Fehlermodi thermisch sind und alles auf dem Chip sehr eng gekoppelt ist.)

Weitere Informationen finden Sie auf den Tutorial-Seiten hier .

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Wie Sie bemerken, sind die meisten Geräte gekennzeichnet zwischen üblicherweise -40 ° C bis +85 ° C. Nichts sagt aus, dass sie nicht bis zu kryogenen Temperaturen arbeiten werden.

— Nick T
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Ich vergesse immer, das zu bemerken. Ich habe nur gemeint, dass es nicht mehr funktioniert, aber es könnte es beschädigen.

— Kortuk

+1 nur für den Link. Ich kann Bretter werden die Gestaltung in einer Flüssig - Argon - Umgebung zu gehen (nur ein kleines bisschen kälter als flüssiger Stickstoff) sehr schnell, so dass ich praktische Ratschläge brauchen werde ...

— Dmckee --- ex-Moderator kitten

@dmckee Du hast mich neugierig gemacht :P, für welche Art von Anwendung verwendest du flüssiges Argon? Ich würde mir vorstellen, dass flüssiger Stickstoff viel billiger ist (und etwas kälter? N2 bp 77 K, Ar bp 87 K)

— Nick T

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Ein Teilchenphysikdetektor wird als Zeitprojektionskammer bezeichnet. Traditionell waren sie in der Gasphase, aber es funktioniert mit den richtigen Flüssigkeiten. Legen Sie ein starkes Feld über die Flüssigkeit, und die Ladungsspuren, die durch ionisierende Strahlung zurückbleiben, wandern (viele cm und mit einer zuverlässigen Geschwindigkeit) zu den Feld- (und Induktions-) Drähten, wo sie erkannt und zur Rekonstruktion der 3D-Geometrie des Ereignisses verwendet werden können . Argoneut hat Bilder von einem Prüfstandsgerät. Und ich hätte schwören können, dass der Siedepunkt 74 K betrug.

— Na ja

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Sie können Teile unterhalb von -40 selbst charakterisieren, und mechanische Ausfälle können weitgehend vermieden werden, wenn der Temperaturzyklus langsam ist.

Einige Paketoptionen funktionieren, andere nicht. heheh. du musst das experiment selber machen.

Sie können Teile unter 0 ° C selbst charakterisieren (einfach mit einem Haushalts-Gefrierschrank).

Astronomen lieben es, Dinge in flüssigem Stickstoff einzutauchen, um thermisches Rauschen in ihren Kamerachips und A / D-Wandlern zu beseitigen.

Bringen Sie für extreme Bedingungen Heizungen an wichtigen Teilen an (große Kappen, problematische ICs).

Dann schalten Ihre Power Sequencing-Systeme die Heizungen ein, bis sich die Teile in einem von Ihnen charakterisierten Temperaturbereich befinden.

— Tim Williscroft
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Abgesehen von den physikalischen Aspekten von kaltem Silizium entspricht -40 / 85C in der Regel den strengsten Bedingungen, die die meisten Menschen benötigen würden (gewerblich / industriell).

In der Praxis ist die Charakterisierung eines Geräts ein sehr zeitaufwendiger Vorgang, da Prüfvorrichtungen und andere Geräte erforderlich sind, die dem Temperaturbereich entsprechen. Es geht nicht darum, ein besseres Gefriergerät zu kaufen, da viele Geräte mit denselben Testgeräten charakterisiert werden, die auch für Produktionstests verwendet werden. Der unterhaltsame Teil ist das Sammeln und Analysieren der Charakterisierungsdaten, nur um zu erkennen, dass die Testvorrichtung eingefroren ist und mit dem Sammeln von Mülldaten begonnen hat.

— Whistle1560
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Nur weil der Gefrierschrank derselbe ist, bedeutet dies nicht, dass der Test keine zusätzlichen Kosten verursacht. Jeder Grad weniger kostet Zeit, was Geld bedeutet.

— Warren Young