Apa yang mencegah semikonduktor bekerja di bawah -40 ° C atau lebih?

13

Sebagian besar perangkat tampaknya memiliki karakteristik lebih dari -40 ° C hingga ≥85 ° C. Apa yang membatasi mereka pada suhu dingin? Bisakah IC rusak karena menjaganya terlalu dingin? Apakah ini berlaku untuk perangkat lain, misalnya dioda, transistor?

temperature integrated-circuit

— Thomas O
sumber

4

Dugaan saya adalah bahwa lab pengujian tidak ingin membeli kulkas -50C. AMD Phenom II melakukan overclocking pada -170C: youtube.com/watch?v=0Ggt9pA8X_c

— joeforker

8

@ joeforker: Dari mana angka "-170 ° C" berasal? Pasti ada perbedaan yang luar biasa antara "ambient" (nitrogen cair) dan suhu persimpangan aktual saat prosesor mengeluarkan daya beberapa ratus watt.

— Nick T

3

Itu berasal dari deskripsi di video Youtube tentu saja, hanya dilampaui oleh komentar sebagai sumber informasi yang akurat dan berwawasan.

— joeforker

17

Kerusakan pada paket IC pada suhu rendah sementara tidak bertenaga akan karena efek mekanis; perbedaan koefisien ekspansi termal antara epoksi, kerangka-timbal, dan cetakan.

Masalah dengan operasi akan disebabkan oleh peningkatan resistensi (koefisien suhu semikonduktor resistensi negatif). Ketika suhu dan konsentrasi doping cukup rendah, semikonduktor pada dasarnya akan menjadi isolator dan tidak bekerja sama sekali, menyebabkan operasi yang tidak ditentukan.

Beberapa IC akan beroperasi dengan baik pada suhu cryogenic tetapi mereka harus mulai hangat untuk memungkinkan referensi tegangan celah pita untuk boot.

Secara teori jika beberapa transistor "gagal" karena pembekuan operator, IC dapat merusak dirinya sendiri di tempat lain (sangat tidak mungkin, karena kebanyakan mode kegagalan adalah termal, dan semua yang ada di die sangat erat.)

Lihat halaman tutorial di sini untuk informasi lebih lanjut.

Edit:

Seperti yang Anda perhatikan, sebagian besar perangkat ditandai antara -40 ° C hingga +85 ° C. Tidak ada yang mengatakan mereka tidak akan bekerja pada suhu cryogenic.

— Nick T
sumber

Saya selalu lupa mencatat itu untuk orang-orang. Maksud saya itu berhenti bekerja, tapi itu bisa merusaknya.

— Kortuk

+1 hanya untuk tautan. Saya mungkin merancang papan untuk masuk dalam lingkungan argon cair (hanya sedikit lebih dingin dari nitrogen cair) segera, jadi saya akan memerlukan saran praktis ...

— dmckee --- mantan moderator kucing

@ dmckee Anda membuat saya penasaran sekarang :P, untuk aplikasi apa Anda menggunakan argon cair? Saya membayangkan nitrogen cair akan jauh lebih murah (dan sedikit lebih dingin? N2 bp 77 K, Ar bp 87 K)

— Nick T

1

Detektor fisika partikel disebut ruang proyeksi waktu. Secara tradisional mereka sudah fase gas, tetapi akan bekerja dengan cairan yang tepat. Letakkan bidang yang kuat di seluruh fluida, dan jejak muatan yang ditinggalkan oleh radiasi pengion akan melayang (banyak cm dan pada tingkat yang dapat diandalkan) ke kabel bidang (dan induksi) di mana ia dapat dideteksi dan digunakan untuk merekonstruksi geometri 3D peristiwa tersebut. . Argoneut memiliki gambar dari perangkat uji coba. Dan saya bisa bersumpah bahwa titik didihnya adalah 74 K. Ah well ...

— dmckee --- mantan moderator anak kucing

4

Anda dapat menandai bagian-bagian diri Anda di bawah -40, dan kegagalan mekanis dapat dihindari jika siklus suhu lambat.

Beberapa opsi paket berfungsi, beberapa tidak. heheh. Anda harus melakukan percobaan itu sendiri.

Anda dapat mengkarakterisasi bagian di bawah 0C sendiri (dengan mudah menggunakan freezer rumah tangga.)

Para astronom sangat suka mencelupkan hal-hal dalam nitrogen cair untuk menghilangkan noise termal dalam chip kamera mereka dan konverter A / D.

Untuk kondisi ekstrem, pasang pemanas ke bagian-bagian penting (tutup besar, IC bermasalah.)

Kemudian sistem sekuensing daya Anda menyalakan pemanas sampai bagian-bagian berada dalam kisaran suhu yang Anda ciptakan.

— Tim Williscroft
sumber

2

Selain aspek fisik silikon dingin, -40 / 85C cenderung cocok dengan kondisi paling ketat yang kebanyakan orang perlukan (komersial / industri).

Secara praktis, mengkarakterisasi perangkat adalah proses yang sangat memakan waktu karena membutuhkan alat uji dan peralatan lain yang mampu kisaran suhu. Ini bukan tentang membeli freezer yang lebih baik karena banyak perangkat dikarakterisasi menggunakan alat uji yang sama yang digunakan untuk pengujian produksi. Bagian yang menyenangkan adalah mengumpulkan dan mem-parsing data karakterisasi hanya untuk menyadari bahwa perlengkapan tes membeku dan mulai mengumpulkan data sampah.

— Peluit1560
sumber

Hanya karena freezernya sama, bukan berarti tidak ada biaya tambahan untuk tes ini. Setiap tingkat yang lebih rendah Anda ingin menguji waktu biaya, yang berarti uang.

— Warren Young