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1 # 使用者1932362974386
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2 # 使用者3937226028394
不是所有物質都熱脹冷縮。
自然界的絕大多數物質都遵循“熱脹冷縮”的規律,少有例外的比如水,水在4度時密度最大,4度之下就是反常膨脹。冰的密度就只有0.9,冰之所以會浮在水面就是體積膨脹。
除水之外還有熱縮冷脹的金屬——銻。銻是一種銀灰色的金屬,共有4個家族。常見的是“灰銻”。其餘3個依次是黃色的黃銻、黑色的黑銻和容易爆炸的銻。這三個“性格”都不穩定。黃銻比較喜歡低溫,溫度超過攝氏-80度就變成了黑銻。而黑銻只要一加熱就會變成人們常見的灰銻。脾氣最壞的銻,只要用一個硬東西碰一碰它就會“火冒三丈”,同時放出大量的熱能,變成灰銻。銻的脾氣反常——熱縮冷脹。大家知道,一般的物體都是熱脹冷縮,然而,液態的銻在冷卻凝固時,體積反而更大了.
過去,人們利用銻的這個怪脾氣製造鉛字。在鉛字合金中加入一些液態的銻,把混合起來的熔液倒入銅模裡冷卻凝固,固態的鉛字合金的體積就會使每一個細小的筆劃都十分清晰地凸現出來。不僅如此,加入銻後還能使鉛字合金更加堅硬、耐磨。
因為矽片整體,長程有序的襯底還是佔絕大部分,其熱脹冷縮比較一致,內連金屬延展性很好,可以跟隨其進行伸縮。且總體來說體積變化比起塑膠、金屬塊等物體要小得多。普通矽片/砷化鎵/鍺晶體薄片放在平臺上直接澆液氮,也是不會壞的。這個過程我工作實驗室經常做,線上測試步驟之一。另外說到功率問題:溫度到液氮附近後,積體電路器件遷移率一般會暴漲2-3倍,注入區電阻率下降一些。帶來的直觀感受是MOSFET飽和電流大大增加。通用CPU一般數位電路佔主導,大飽和電流帶來的好處是後端柵極充放電速度增加,但溫度降低,MOSCAP增加,幅度不如飽和電流。也就是說,單位時間內充放電電流增加了,但總量其實還好。總體功率只要頻率不增加的話是沒什麼變化的,因為CMOS電路作為壓控器件組合,主要的功耗在於狀態變化過程,只要頻率和指令數量不變,工作能耗就維持在大致相仿的水平。但前面也提到了,低溫下飽和電流激增,因此充放電速度更快,可以支撐更高的工作頻率。這也是超頻用液氮降溫的主要意義之一。這個回答一方面是針對有些回答說液氮溫度就壞了的,另外答案本身存在侷限性:CPU封裝形式決定了其民品場合運用,不考慮這樣極端溫度的長期工作,因此比起核心die,PCB基板因受熱不均碎裂可能性更大。陶瓷基板則需要具體分析。因此我上面的這些想法只針對矽片本身。做過一些液氮溫度附近的半導體性質研究,斗膽胡亂說幾句,請各位指正。