Điều gì ngăn cản chất bán dẫn hoạt động dưới -40 ° C hoặc hơn?

13

Hầu hết các thiết bị dường như được đặc trưng trên -40 ° C đến ≥85 ° C. Điều gì giới hạn chúng ở nhiệt độ lạnh? Một IC có thể bị hỏng bằng cách giữ nó quá lạnh? Điều này có áp dụng cho các thiết bị khác, ví dụ như điốt, bóng bán dẫn không?

temperature integrated-circuit

— Thomas O
nguồn

4

Tôi đoán là phòng thử nghiệm không muốn mua tủ lạnh -50C. AMD Phenom II ép xung ở -170C: youtube.com/watch?v=0Ggt9pA8X_c

— joeforker

8

@joeforker: Con số "-170 ° C" đến từ đâu? Chắc chắn có sự khác biệt rất lớn giữa "môi trường xung quanh" (nitơ lỏng) và nhiệt độ đường giao nhau thực tế khi bộ xử lý tiêu tán vài trăm watt điện.

— Nick T

3

Tất nhiên, nó xuất phát từ mô tả trên video Youtube, chỉ vượt quá các bình luận là một nguồn thông tin chính xác và sâu sắc.

— joeforker

17

Làm hỏng gói IC ở nhiệt độ thấp trong khi không được cấp nguồn sẽ là do tác động cơ học; sự khác biệt về hệ số giãn nở nhiệt giữa epoxy, khung chì và khuôn.

Các vấn đề với hoạt động sẽ là do điện trở tăng (hệ số kháng nhiệt của chất bán dẫn là âm). Khi nhiệt độ và nồng độ pha tạp đủ thấp, chất bán dẫn về cơ bản sẽ trở thành chất cách điện và hoàn toàn không dẫn điện, gây ra hoạt động không xác định.

Một số IC sẽ hoạt động tốt ở nhiệt độ đông lạnh nhưng chúng phải khởi động ấm để cho phép tham chiếu điện áp bandgap để khởi động.

Về lý thuyết, nếu một số bóng bán dẫn "không thành công" do đóng băng sóng mang, IC có thể tự làm hỏng ở nơi khác (không có khả năng, vì hầu hết các chế độ thất bại là nhiệt và mọi thứ trên khuôn đều được ghép rất chặt.)

Xem các trang hướng dẫn ở đây để biết thêm.

Biên tập:

Như bạn lưu ý, hầu hết các thiết bị được đặc trưng trong khoảng từ -40 ° C đến +85 ° C. Không có gì nói rằng chúng sẽ không làm việc đến nhiệt độ đông lạnh.

— Nick T
nguồn

Tôi luôn quên lưu ý rằng với mọi người. Tôi chỉ có nghĩa là nó ngừng hoạt động, nhưng nó có thể làm hỏng nó.

— Kortuk

+1 chỉ cho liên kết. Tôi có thể sẽ thiết kế các bảng để đi trong môi trường argon lỏng (chỉ lạnh hơn một chút so với nitơ lỏng) rất sớm, vì vậy tôi sẽ cần lời khuyên thực tế ...

— dmckee --- ex-moderator mèo con

@dmckee Bây giờ bạn đã khiến tôi tò mò :P, bạn đang sử dụng loại argon lỏng nào? Tôi tưởng tượng nitơ lỏng sẽ rẻ hơn nhiều (và lạnh hơn một chút? N2 bp 77 K, Ar bp 87 K)

— Nick T

1

Một máy dò vật lý hạt gọi là buồng chiếu thời gian. Theo truyền thống, chúng là pha khí, nhưng nó sẽ hoạt động với chất lỏng phù hợp. Đặt một trường mạnh trên chất lỏng và các rãnh điện tích còn lại do bức xạ ion hóa sẽ trôi (nhiều cm và ở tốc độ đáng tin cậy) đến các dây trường (và cảm ứng) nơi nó có thể được phát hiện và sử dụng để tái tạo hình học 3D của sự kiện . Argoneut có hình ảnh từ một thiết bị đứng thử nghiệm. Và tôi có thể đã tuyên thệ điểm sôi là 74 K. À ...

— dmckee --- ex-moderator mèo con

4

Bạn có thể tự mô tả các bộ phận dưới -40 và có thể tránh được các hỏng hóc cơ học nếu chu kỳ nhiệt độ chậm.

Một số tùy chọn gói hoạt động, một số thì không. heheh bạn phải tự làm thí nghiệm đó

Bạn có thể tự mô tả các bộ phận dưới 0C (dễ dàng sử dụng tủ đông trong nước.)

Các nhà thiên văn học chỉ thích nhúng các thứ vào nitơ lỏng để loại bỏ nhiễu nhiệt trong chip máy ảnh và bộ chuyển đổi A / D.

Đối với điều kiện khắc nghiệt, lắp bộ sưởi cho các bộ phận quan trọng (nắp lớn, IC có vấn đề.)

Sau đó, hệ thống giải trình tự nguồn của bạn sẽ bật máy sưởi cho đến khi các bộ phận nằm trong phạm vi nhiệt độ mà bạn đặc trưng.

— Tim Williscroft
nguồn

2

Khác với các khía cạnh vật lý của silicon lạnh, -40 / 85C có xu hướng phù hợp với các điều kiện nghiêm ngặt nhất mà hầu hết mọi người sẽ cần (thương mại / công nghiệp).

Trên thực tế, đặc tính hóa một thiết bị là một quá trình rất tốn thời gian vì nó đòi hỏi đồ đạc thử nghiệm và các thiết bị khác có khả năng trong phạm vi nhiệt độ. Đây không phải là về việc mua một tủ đông tốt hơn vì nhiều thiết bị được đặc trưng bằng cách sử dụng cùng một thiết bị thử nghiệm được sử dụng để thử nghiệm sản xuất. Phần thú vị là thu thập và phân tích dữ liệu đặc tính chỉ để nhận ra rằng vật cố thử nghiệm bị đóng băng và bắt đầu thu thập dữ liệu rác.

— Còi1560
nguồn

Chỉ vì tủ đông là như nhau không có nghĩa là không có thêm chi phí cho thử nghiệm. Mỗi mức độ thấp hơn bạn muốn kiểm tra chi phí thời gian, có nghĩa là tiền.

— Warren Young