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扩展其他答案。
原因更多,但其中原因很重要。
只是一些出色答案的补充:从技术上讲,并不是掺杂剂变得更具流动性,而是固有载流子浓度的增加。如果由于热能的增加,硅或硅的晶格开始“振动”,掺杂剂/载流子的移动性就会降低,这使得电子和空穴很难流过该器件-光子声子散射我相信物理学家会称呼它,但我可能是错的。
当本征载流子浓度增加到超过掺杂水平时,您将失去对器件的电气控制。本征载流子是在掺杂硅之前存在的载流子,半导体的思想是,我们添加自己的载流子以生成pn结和晶体管做的其他有趣的事情。硅的最高温度约为150°C,因此散热RF和高速处理器非常重要,因为在实践中要达到150°C不太困难。固有载流子浓度与器件的截止泄漏电流之间存在直接联系。
就像其他小插曲所显示的那样,这只是芯片失效的原因之一-它甚至可以归结为一个简单的问题,例如引线键合变得太热并从焊盘上弹出,其中有很多事情。
尽管泄漏电流会增加,但我希望许多基于MOS的设备面临的一个更大问题是,随着设备变热,流经处于“导通”状态的MOS晶体管的电流将减少。为了使设备正常工作,在节点上切换之前,正在切换节点的晶体管必须能够对电路那部分中的任何潜在电容进行充电或放电。降低晶体管的电流通过能力将降低它们对节点充电或放电的速率。如果在电路的另一部分依赖于已切换的节点之前,晶体管无法对节点充分充电或放电,则电路将发生故障。
注意,对于NMOS器件,在确定无源上拉晶体管的尺寸时需要进行设计折衷。无源上拉越大,节点从低到高切换的速度就越快,但是只要节点低,就会浪费更多的功率。因此,许多这样的设备在正确操作的边缘附近工作,并且基于热的故障非常普遍(并且对于老式电子设备而言仍然很常见)。对于常见的CMOS电子产品,此类问题通常不太严重;在实践中,我不知道它们在多GHZ处理器等产品中发挥的作用。
为了补充现有的答案,当今的电路对以下两种老化效应很敏感(不仅是这些,而且是小于150nm工艺的主要老化效应):
由于温度会增加载流子迁移率,因此会增加HCI和NBTI效应,但是温度不是NBTI和HCI的主要原因:
这两种硅老化效应(通过影响/劣化绝缘体衬底)对晶体管造成可逆和不可逆的损坏,这增加了晶体管的电压阈值(Vt)。结果,该零件将需要更高的电压来维持相同的性能水平,这意味着工作温度将升高,并且,正如在其他文章中所述的那样,随之而来的是晶体管栅极泄漏的增加。
总而言之,温度不会真正使零件老化更快,而是较高的频率和电压(即超频)才能使零件老化。但是晶体管的老化将需要更高的工作电压,从而使器件发热更多。
必然:超频的后果是温度和所需电压的升高。
IC发生不可逆故障的一般原因是,其内部用于在各种元件之间建立互连的铝金属会熔化,断开或短路器件。
是的,泄漏电流会增加,但通常不是问题本身就是泄漏电流,而是引起的热量以及对IC内部金属的损坏。
电源电路(例如电源,大电流驱动器等)可能会损坏,因为在高电压下,当晶体管驱动器快速关闭时,会产生内部电流,从而导致器件闩锁,或者内部功率分布不均匀,从而导致局部短路。加热和随后的金属故障。
大量(1000多次)重复的热循环会由于IC和封装的机械膨胀不匹配而导致故障,最终导致键合线被剥落或划破塑料封装材料,并随后发生机械故障。
当然,仅在给定的温度范围内指定了许多IC参数规格,而这些参数可能不在此范围内。根据设计的不同,这可能会导致故障或不可接受的参数偏移(当IC处于温度范围之外时)-在极高或极低的温度下都可能发生。