Kalte Elektronik im Kryostat

Stefan P. OP #8036669
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Moin, hat hier jemand Erfahrung mit elektronischen Bauteilen nahe dem absoluten Nullpunkt?

Ich soll etwas konstruieren, was in der Vorkammer eines Kryostaten bei etwa 2 K laufen soll - habe aber so gut wie keine Erfahrung in dem Bereich. Bisher habe ich rausgefunden, das

  • normale Dünnschicht Widerstände,
  • NP0 Kondensatoren,
  • FR4 Leiterplatten und
  • normales verbleites Lötzinn dort keine Probleme haben.

Aber wie sieht es mit aktiven Bauteilen aus?

  • Dioden
  • Transistoren
  • Logik-Gatter
  • HF-Switches
  • Spulen

Kann da jemand was zu sagen?

Viele Grüße Stefan

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Thomas W. Gast #8036869
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Wir hatten den Versuchsaufbau auf 6K runtergekuehlt (2K ist schon sehr ambitioniert).

Das die ueblichen Halbleiter bei 6K ausserhalb der Spezifikationen laufen, ist eine Binse. Ein Problem ist natuerlich dass die Ergebnisse Deiner Elektronik (also Deine Messdaten) irgendwie auf Raumtemperatur gebracht werden. Daher nimmst Du fuer den Temperaturmessung Vier-Punkt-Messung fuer die Diode, moeglichst duenne Leitung (wg. Waermeeintrag).

Temperaturmessung hatten wir eine DT-470 von Lakeshore (heute wohl DT-670), mit einem gekauften Messgeraet.

Waermeeintrag bei 2 - 4K ist wirklich zu vermeiden und ueberhaupt nicht trivial, d.h irgendwelche Gatter die dann auch noch Waerme einbringen sind keine gute Idee (Du machst Dir keinen Begriff, wieviel schnell fluessiges He in Gas verwandelt und ob Deine Pumpen die entsprechende Pumpleistung haben, musst Du pruefen). Willst Du eine Superfluid haben?

Bon Chance

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Bradward B. (Firma: Starfleet) #8037527
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Viele Materialien neigen zur Versprödung bei tiefer Kälte, bspw Plastik, phosphorhaltige Stähle, die sollte man eher meiden. Manchmal findet sich in unter "Storage Condition" im Datenblatt ein Hinweis dazu.

Halbleiter behalten ihren Inhalt/Ladungszustand besser (über Minuten/Stunden) also in flüssiges Stickstoff geworfen wird aus einem flüchtigen ein nichtflüchtiger Speicher, das nutzen manche Hacker aus (Datenremanenz) ;-) flüssiger Stickstoff hat schon mal -196°C.

Hinweise zu Space-electronic helfen hier eher nicht, da setzt man aufs Aufheizen im Betrieb, aber das will man bei dir wohl eher vermeiden.

Wahrscheinlich wirste um viel "Klimatests" und Vorratshaltung nicht umhin kommen.

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Stefan P. OP #8037578
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Vielen Dank für euer Feedback soweit - Das bringt mich schonmal etwas weiter. Ich hatte gehofft ein paar konkrete Bauteilbezeichnungen für bereits erprobte aktive Bauteile zu erhalten, aber da müssen wir wohl selbst erstmal testen. Das ist ja auch nicht so ein alltägliches Themenfeld :-)

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BirnKichler 🧐 S. (Firma: Papier & Knalltüten Manufaktur) #8037641
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Stefan P. schrieb:

Vielen Dank für euer Feedback soweit - Das bringt mich schonmal etwas weiter. Ich hatte gehofft ein paar konkrete Bauteilbezeichnungen für bereits erprobte aktive Bauteile zu erhalten, aber da müssen wir wohl selbst erstmal testen. Das ist ja auch nicht so ein alltägliches Themenfeld :-)

Frag mal bei Oxford nach. Die wissen wie es geht.

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Bradward B. (Firma: Starfleet) #8037762
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Ich hatte gehofft ein paar konkrete Bauteilbezeichnungen für bereits erprobte aktive Bauteile zu erhalten, aber da müssen wir wohl selbst erstmal testen. Das ist ja auch nicht so ein alltägliches Themenfeld :-)

Ich bin Ende Mai im CERN, da könnt ich mal schauen ob und wie die Electronic im kalten Bereich des LHC untergebracht ist, die Magnete sind ja bekanntlich auf 1.9K runtergekühlt.

https://de.wikipedia.org/wiki/Large_Hadron_Collider#Beschleunigerring

Ist aber schon ein paar Jahre alt, die Elektronik dort.

MRT könnte auch ein Stichwort sein, da ist je der Magnet auch auf supraleitend gekühlt.

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Thomas W. Gast #8037897
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Stefan P. schrieb:

Ich hatte gehofft ein paar konkrete Bauteilbezeichnungen für bereits erprobte aktive Bauteile zu erhalten, aber da müssen wir wohl selbst erstmal testen. Das ist ja auch nicht so ein alltägliches Themenfeld :-)

Doch, fuer Leute, die sich damit auskennen: Wir hatten eine Kryo-Gruppe die auch gerne Auskunft gab, wir hatten ein richtiges Budget, eine gute Werkstatt, die auch Edelstahl verarbeiten kann.

Dann geht das auch. So mal eben schnell geht es nicht.

Welchen Zeitraum, welches Budget, was fuer Infrastruktur hast Du denn? Die Jungs und Maedels am CERN sind noch relativ gut ausgestattet (ist auch ihr taeglich Brot). Und die sind auch sicherlich auskunftfreundlich.

Testen musst Du so oder so, weil es bei 2 - 4K sicherlich noch weitere Parameter gibt, die Du verschweigst: Wir hatten noch als Verschaerfung UHV (Vakuum), Hochspannung, Magnetfelder und Strahlung.

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