Cosa impedisce ai semiconduttori di funzionare a temperature inferiori a -40 ° C o giù di lì?

La maggior parte dei dispositivi sembra essere caratterizzata da -40 ° C a ≥85 ° C. Cosa li limita alle basse temperature? Un IC può essere danneggiato mantenendolo troppo freddo? Questo vale per altri dispositivi, ad esempio diodi, transistor?

I danni a un pacchetto IC a basse temperature mentre non alimentati sarebbero dovuti a effetti meccanici; differenze nei coefficienti di dilatazione termica tra la resina epossidica, il telaio di piombo e la matrice.

I problemi di funzionamento sarebbero dovuti all'aumento della resistenza (il coefficiente di resistenza della temperatura dei semiconduttori è negativo). Quando la temperatura e la concentrazione di doping sono abbastanza basse, i semiconduttori diventeranno essenzialmente isolanti e non condurranno affatto, causando un funzionamento non specificato.

Alcuni circuiti integrati funzioneranno perfettamente a temperature criogeniche, ma devono avviarsi a caldo per consentire l'avvio dei riferimenti di tensione della larghezza di banda.

In teoria se alcuni transistor "falliscono" a causa del congelamento del portante, l'IC potrebbe danneggiarsi altrove (non molto probabilmente, poiché la maggior parte delle modalità di guasto sono termiche e tutto sul dado è strettamente accoppiato).

Consulta le pagine del tutorial qui per ulteriori informazioni.

Modificare:

Come si nota, la maggior parte dei dispositivi sono caratterizzati generalmente tra -40 ° C e +85 ° C. Nulla dice che non funzioneranno fino a temperature criogeniche.

È possibile caratterizzare le parti al di sotto di -40 e i guasti meccanici possono essere ampiamente evitati se il ciclo della temperatura è lento.

Alcune opzioni di pacchetto funzionano, altre no. heheh. devi fare questo esperimento tu stesso.

Puoi caratterizzare le parti al di sotto di 0C (usando facilmente un congelatore domestico).

Gli astronomi adorano semplicemente immergere roba in azoto liquido per sbarazzarsi del rumore termico nei loro chip della fotocamera e convertitori A / D.

Per condizioni estreme, montare i riscaldatori su parti significative (tappi grandi, circuiti integrati con problemi).

Quindi i tuoi sistemi di sequenziamento di potenza accendono i riscaldatori fino a quando le parti si trovano in un intervallo di temperatura che hai caratterizzato.

A parte gli aspetti fisici del silicio freddo, -40 / 85C tende a soddisfare le condizioni più stringenti di cui la maggior parte delle persone avrebbe bisogno (commerciale / industriale).

In pratica, la caratterizzazione di un dispositivo è un processo che richiede molto tempo perché richiede dispositivi di prova e altre apparecchiature in grado di variare la temperatura. Non si tratta di acquistare un congelatore migliore poiché molti dispositivi sono caratterizzati utilizzando le stesse apparecchiature di prova utilizzate per i test di produzione. La parte divertente è la raccolta e l'analisi dei dati di caratterizzazione solo per rendersi conto che il dispositivo di test si è bloccato e ha iniziato a raccogliere dati inutili.