存储器为什么能耐高温电子不会跑掉

问题描述

精选答案

温度会影响很多很多参数，它们会对电路的各个方面产生影响。

最容易受影响的是电路延时。温度会影响半导体器件的迁移率和阈值电压，不过这两者和温度的关系非常复杂，而且不同材料不同掺杂也会对温度效应产生影响。一般来讲在室温附近的时候迁移率和阈值都随温度升高下降，总体效果大多是温度升高会导致电路延时增加。一旦延时太高部分电路就会无法满足时序要求，输出错误的结果，这就导致电路功能出错。玩超频的时候需要加强降温，否则就会开不了机/死机就是这个原因。

然后高温会使得高能载流子增加，高能载流子增加使得晶体管发生雪崩击穿的概率上升，电路耐压能力下降。如果电路留的设计裕度不够大，晶体管的工作电压原本就已经在耐压极限附近了，那在高温下就可能会被击穿短路，烧掉芯片。这种情况现在不太多见，主要是以前芯片过热保护还不完善的时候，温度很高很高了还不自动关机会导致这种情况（比如早期的AMD Duron…）。现在就只有一些杂牌劣质芯片会中招了。

还有一个致命的问题就是电迁移（EM）了。现在的集成电路通常使用铜互连，问题是铜原子这东西很不安分，很容易随着电场漂移走……所以每当铜互连线上有电流流过时就会流失一部分铜原子，导致连线越变越窄。通常芯片在设计的时候会根据设计电流的大小选取一个足够大的线宽，保证铜线在芯片设计寿命内能够承受住电迁移的影响不会断掉。但是高温会大大加强电迁移的效果，同样的线宽同样的电流在120度下的电迁移寿命可能只有105度下的70%，这会大大缩短芯片的寿命。

说到EM自然还会想到IR Drop。IR drop指的是芯片内所有连线是有一定电阻的，所以从电源到各个底层器件的连线都会吃掉一部分电源电压，使得电路实际得到的电压小于电源输出的电压。温度升高会让连线电阻和电流都会发生变化，可能使得连线吃掉的电压变大，底层器件得到的电压太低无法满足时序要求。这种情况发生的可能性很小，但不排除有些对IR特别敏感的设计会需要考虑温度影响。

最后还有个Aging问题。Aging指的时晶体管在工作的过程中，由于载流子和硅原子会发生碰撞，所以会不断出现晶格缺陷。不断增加的晶格缺陷会使得电路的性能会随时间慢慢变化（通常会变慢）。而类似于电迁移，高温会使得这一过程大大加快，导致芯片达不到预期寿命。

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IT海盗

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