¿Qué impide que los semiconductores trabajen por debajo de -40 ° C más o menos?

La mayoría de los dispositivos parecen caracterizarse entre -40 ° C y ≥85 ° C. ¿Qué los limita a las bajas temperaturas? ¿Se puede dañar un IC manteniéndolo demasiado frío? ¿Se aplica esto a otros dispositivos, por ejemplo, diodos, transistores?

El daño a un paquete de CI a bajas temperaturas mientras está sin energía se debería a efectos mecánicos; diferencias en los coeficientes de expansión térmica entre el epóxico, el marco de plomo y la matriz.

Los problemas con la operación se deberían a una mayor resistencia (el coeficiente de resistencia a la temperatura de los semiconductores es negativo). Cuando la temperatura y la concentración de dopaje son lo suficientemente bajas, los semiconductores se convertirán esencialmente en aislantes y no se conducirán en absoluto, causando una operación no especificada.

Algunos circuitos integrados funcionarán bien a temperaturas criogénicas, pero deben comenzar a calentarse para permitir el arranque de las referencias de voltaje de banda prohibida.

En teoría, si algún transistor "falla" debido a la congelación del portador, el IC podría dañarse en otro lugar (no es muy probable, ya que la mayoría de los modos de falla son térmicos, y todo en el dado está muy estrechamente acoplado).

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Editar:

Como puede observar, la mayoría de los dispositivos se caracterizan generalmente entre -40 ° C y +85 ° C. Nada dice que no funcionarán hasta temperaturas criogénicas.

Puede caracterizar las piezas usted mismo por debajo de -40, y las fallas mecánicas se pueden evitar en gran medida si el ciclo de temperatura es lento.

Algunas opciones de paquete funcionan, otras no. jeje tienes que hacer ese experimento tú mismo.

Puede caracterizar piezas por debajo de 0C usted mismo (fácilmente usando un congelador doméstico).

A los astrónomos les encanta sumergir cosas en nitrógeno líquido para eliminar el ruido térmico en sus chips de cámara y convertidores A / D.

Para condiciones extremas, coloque los calentadores en partes significativas (tapas grandes, circuitos integrados problemáticos).

Luego, sus sistemas de secuencia de potencia encienden los calentadores hasta que las piezas estén en el rango de temperatura que usted ha caracterizado.

Además de los aspectos físicos del silicio frío, -40 / 85C tiende a adaptarse a las condiciones más estrictas que la mayoría de las personas necesitarían (comercial / industrial).

Prácticamente, la caracterización de un dispositivo es un proceso que requiere mucho tiempo porque requiere accesorios de prueba y otros equipos capaces del rango de temperatura. No se trata de comprar un mejor congelador, ya que muchos dispositivos se caracterizan por usar el mismo equipo de prueba utilizado para las pruebas de producción. La parte divertida es recopilar y analizar los datos de caracterización solo para darse cuenta de que el dispositivo de prueba se congeló y comenzó a recopilar datos basura.