Qu'est-ce qui empêche les semi-conducteurs de fonctionner en dessous de -40 ° C environ?

13

La plupart des appareils semblent caractérisés entre -40 ° C et ≥85 ° C. Qu'est-ce qui les limite au froid? Un circuit intégré peut-il être endommagé en le gardant trop froid? Cela s'applique-t-il à d'autres appareils, par exemple les diodes, les transistors?

temperature integrated-circuit

— Thomas O
source

4

Je suppose que le laboratoire de test ne veut pas acheter un réfrigérateur -50C. Overclocking AMD Phenom II à -170C: youtube.com/watch?v=0Ggt9pA8X_c

— joeforker

8

@joeforker: D'où vient le chiffre "-170 ° C"? Il y a forcément une énorme différence entre «ambiante» (azote liquide) et la température de jonction réelle lorsque le processeur dissipe quelques centaines de watts de puissance.

— Nick T

3

Cela vient de la description sur la vidéo Youtube bien sûr, seulement dépassé par les commentaires en tant que source d'informations précise et perspicace.

— joeforker

17

Les dommages à un boîtier CI à basse température alors qu'il n'est pas alimenté seraient dus à des effets mécaniques; différences dans les coefficients de dilatation thermique entre l'époxy, la grille de connexion et la matrice.

Les problèmes de fonctionnement seraient dus à une résistance accrue (le coefficient de température des semi-conducteurs est négatif). Lorsque la température et la concentration de dopage sont suffisamment basses, les semi-conducteurs deviennent essentiellement des isolants et ne conduisent pas du tout, provoquant un fonctionnement non spécifié.

Certains circuits intégrés fonctionnent très bien à des températures cryogéniques, mais ils doivent démarrer à chaud pour permettre le démarrage des références de tension de bande interdite.

En théorie, si un transistor "tombe en panne" en raison du gel de la porteuse, le CI pourrait s'endommager ailleurs (peu probable, car la plupart des modes de défaillance sont thermiques, et tout sur la puce est très étroitement couplé.)

Consultez les pages du didacticiel ici pour en savoir plus.

Éditer:

Comme vous le constatez, la plupart des appareils se caractérisent entre -40 ° C et +85 ° C. Rien ne dit qu'ils ne fonctionneront pas jusqu'à des températures cryogéniques.

— Nick T
source

J'oublie toujours de le noter aux gens. Je voulais juste dire qu'il a cessé de fonctionner, mais il pourrait l'endommager.

— Kortuk

+1 juste pour le lien. Je vais peut-être concevoir des planches pour aller dans un environnement d'argon liquide (juste un peu plus froid que l'azote liquide), donc je vais avoir besoin de conseils pratiques ...

— dmckee --- chaton ex-modérateur

@dmckee Vous êtes curieux maintenant :P, pour quel type d'application utilisez-vous de l'argon liquide? J'imagine que l'azote liquide serait beaucoup moins cher (et légèrement plus froid? N2 pb 77 K, Ar bp 87 K)

— Nick T

1

Un détecteur de physique des particules appelé chambre de projection temporelle. Traditionnellement, ils ont été en phase gazeuse, mais cela fonctionnera avec les bons liquides. Mettez un champ puissant à travers le fluide, et les traces de charge laissées par le rayonnement ionisant dériveront (plusieurs cm et à un taux fiable) vers les fils du champ (et de l'induction) où il peut être détecté et utilisé pour reconstruire la géométrie 3D de l'événement . Argoneut a des photos d'un appareil de banc d'essai. Et j'aurais juré que le point d'ébullition était de 74 K. Ah bien ...

— dmckee --- chaton ex-modérateur

4

Vous pouvez caractériser vous-même les pièces en dessous de -40, et les pannes mécaniques peuvent être largement évitées si le cycle de température est lent.

Certaines options de package fonctionnent, d'autres non. heheh. vous devez faire cette expérience vous-même.

Vous pouvez caractériser vous-même les pièces en dessous de 0C (en utilisant facilement un congélateur domestique.)

Les astronomes adorent tremper les trucs dans l'azote liquide pour se débarrasser du bruit thermique dans leurs puces et convertisseurs A / N.

Pour les conditions extrêmes, installez des éléments chauffants sur des pièces importantes (gros capuchons, CI défectueux)

Ensuite, vos systèmes de séquençage de puissance allument les radiateurs jusqu'à ce que les pièces soient dans une plage de température que vous avez caractérisée.

— Tim Williscroft
source

2

Outre les aspects physiques du silicium froid, -40 / 85C a tendance à s'adapter aux conditions les plus rigoureuses dont la plupart des gens auraient besoin (commercial / industriel).

Pratiquement, caractériser un appareil est un processus très long car il nécessite des montages de test et d'autres équipements capables de la plage de température. Il ne s'agit pas d'acheter un meilleur congélateur car de nombreux appareils sont caractérisés en utilisant le même équipement de test que celui utilisé pour les tests de production. La partie amusante consiste à collecter et à analyser les données de caractérisation juste pour se rendre compte que le dispositif de test s'est figé et a commencé à collecter des données inutiles.

— Sifflet1560
source

Ce n'est pas parce que le congélateur est le même que le test ne coûte rien. Chaque degré inférieur que vous souhaitez tester coûte du temps, ce qui signifie de l'argent.

— Warren Young