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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Halbleiter bei -100°C


Autor: Outa'Space (Gast)
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Hallo (Fach)-Leute,

ich las gerade etwas über Hochtemperaturfeste (bis +210°C) halbleiter 
von TI. Das irgendwan die internen Stukturen durch die Intrinsikleitung 
anfangen "unkontrolliert" zu leiten, angeregt durch die Wärme ist mir 
bekannt. Aber wie sieht es bei Temperaturen von ca. -100°C aus? Ist ja 
noch weit weg vom absoluten Nullpunkt! Soche Bauteile kann man nirgend 
kaufen (mir ist max -55°C bekannt). Was machen da die Halbleiter bei 
solchen extrem niedrigen temperaturen? Und wie schafft man die 
Elektronik im Weltraum (wo ja schon mal weit unter -100°C anzutreffen 
sind) am leben zu halten?

: Verschoben durch Admin
Autor: MB (Gast)
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Das Zauberwort lautet: Heizung :)

Autor: Outa'Space (Gast)
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Ja aber was passiert physisch bei diesen Temperaturen?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Outa'Space schrieb:
> Was machen da die Halbleiter bei
> solchen extrem niedrigen temperaturen?
Interessant sind hier nicht die Halbleiter an sich, sondern das 
Gehäusematerial und die Bonddrähte.

Outa'Space schrieb:
> Ja aber was passiert physisch bei diesen Temperaturen?
http://lmgtfy.com/?q=supraleiter+silizium

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Outa'Space schrieb:

> solchen extrem niedrigen temperaturen? Und wie schafft man die
> Elektronik im Weltraum (wo ja schon mal weit unter -100°C anzutreffen
> sind) am leben zu halten?

Ganz einfach: solange die Elektronik im Leerlauf ist, gibt es eine 
Heizung. Läuft die Elektronik, lautet das eigentliche Problem nicht: 
"wie halte ich sie warm" sondern "wie werde ich die Wärme los"

Fazit: Im Weltraum stellt sich nicht die Frage, wie Elektronik bei -100! 
reagiert. Sie wird nie so kalt. Und wenn, dann ist sie in der Zeit 
abgeschaltet und wird zum Betrieb wieder vorgewärmt.

Autor: weinbauer (Gast)
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mangels Luft ist das wohl mit Gehäuselüfter nicht so ergiebig :o)

Autor: Stefan B. (stefan) Benutzerseite
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Autor: MaWin (Gast)
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Viele Teile funktionieren einfach:

http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleUR...

der Widerstand wird etwas höher, die Gehäuse machen ggf. Probleme,
aber das grössere Problem im Weltraum ist das Vakuum weil das die 
Wärmeabfuhr massiv behindert und das ausgasen der Plastikteile.

Autor: Sven W. (Firma: basement industries) (dj8nw)
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Outa'Space schrieb:
> Hallo (Fach)-Leute,
>
> ich las gerade etwas über Hochtemperaturfeste (bis +210°C) halbleiter
> von TI. Das irgendwan die internen Stukturen durch die Intrinsikleitung
> anfangen "unkontrolliert" zu leiten, angeregt durch die Wärme ist mir
> bekannt. Aber wie sieht es bei Temperaturen von ca. -100°C aus? Ist ja
> noch weit weg vom absoluten Nullpunkt! Soche Bauteile kann man nirgend
> kaufen (mir ist max -55°C bekannt). Was machen da die Halbleiter bei
> solchen extrem niedrigen temperaturen? Und wie schafft man die
> Elektronik im Weltraum (wo ja schon mal weit unter -100°C anzutreffen
> sind) am leben zu halten?

Wenns Dich wirklich so interessiert, ruf mal bei Kuhne Electronic in 
Berg bei Hof/Bayern an, die bauen Sachen für die ESA, die können Dir 
gewiss weiterhelfen!

Autor: Überfluss (Gast)
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Warum postest du seinen Text nochmal?

Autor: Besucher (Gast)
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@MaWin,
 >der Widerstand wird etwas höher,

Du meinst den Widerstandswert, denn der Widerstand wird bei fallender 
Temperatur schrumpfen, hahaha.

Autor: Andi ... (xaos)
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bei niedrigen temperaturen kann man (fast) keine ladungsträger mehr 
ionisieren... das problem hat man zB mit SI-carbid schon bei 
raumtemperatur..unter 80° funktionieren die dinger quasi garnicht..

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Andi D. schrieb:
> bei niedrigen temperaturen kann man (fast) keine ladungsträger mehr
> ionisieren.

Ionisiert wird da nichts. ;-)  "mobilisieren" wäre wohl der bessere
Ausdruck.

Aber ich stimme den Vorrednern zu, 170 K ist noch nicht so kalt, dass
die Halbleiter an sich versagen (wenngleich es natürlich gut passieren
kann, dass einzelne Teile nicht mehr richtig funktionieren, weil die
geringeren Ströme das Timing aus dem Ruder gleiten lassen), sondern
die größere Herausforderung ist es, dass das schrumpfende Gehäuse
nicht etwa die Bonddrähte abreißt.

Autor: ulrich (Gast)
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Bei den tiefen Temperaturen verschieben sich auch die Arbeitspunkte und 
einige ICs gehen nicht mehr, bzw. die Eigenschaften ändern sich. Für 
rauscharme Verstärker haben die niedrigen Temperaturen aber auch 
Vorteile.

Auch wenn es weit unter der von den Herstellern spezifizierten 
Temperatur ist, gehen einige Halbleiter auch noch bei 77 K (-190°C), 
aber halt nicht mehr viele.

Autor: MaWin (Gast)
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> Besucher (Gast)
> Du meinst den Widerstandswert, denn der Widerstand wird
> bei fallender Temperatur schrumpfen, hahaha.

Nee, ich meine, Besucher lachen debil und haben keine blasse
Ahnung von Halbleiterphysik und merken nicht mal wie sie sich
damit hier blamieren.

Autor: jan (Gast)
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Siliztium hat einen perfekten Bandasbtand - für Temperaturen in denen 
wir normalerweise Leben und Arbeiten. Wird es zu kalt, ist die 
Störstellenionisierung noch nicht abgeschlossen und die Leitfähigkeit 
vonm SI sinkt.


Ionisierte Störstellen
^
|                        Arbeistbereich
|                        Störstellenerschöpfung
                        _______________________________
...               ____
            ____
      ____
|_____
________________________________________________-> Temperatur

Autor: Arc Net (arc)
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Einige ältere PICs fallen relativ früh aus, da die IOs nicht CMOS sind.
Die ATtiny26 liefen bis 20 K (-253 °C)
https://scholar.sun.ac.za/bitstream/handle/10019.1...
(Kapitel 3, S.30 ff, Proposed Control System Configurations)

Autor: oszi40 (Gast)
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Abgesehen von Ausdehnungsproblemen und gerissenen Boddrähten

2. Frage ist auch inwieweit digital Laufzeitdifferenzen auffallen oder
3. analog, wo die Arbeitspunkte evtl. weglaufen bei diesen Temperaturen.

4. Die PC-Overclocker schaffen mit flüss. Stickstoff 5GHz
   Cebit 2009 Quelle: http://www.golem.de/0903/65862.html

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