Wann kann ein FET Fehlfunktionen aufweisen?

Gast #5250428
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Hallo,

ich weiß, dass ein FET, solange er nicht defekt ist und innerhalb einer 
angemessenen Umgebung betrieben wird wohl ordnungsgemäß arbeitet, 
insbesondere nicht einfach leitend wird.
Im Weltall schützt man aber Elektronik vor Strahlung, um z.B. Bitkipper 
zu minimieren.
Wovor muss man denn einen FET alles schützen, bzw. was machen 
Militarygrade? Weltraumgrade? FETs aus, dass sie besonders 
störunanfällig sind? Ich nehme auch an, dass die Strukturgröße hier eine 
große Rolle spielen wird.

Was passiert bei sehr hohen Temperaturen mit einem FET? Wird das darin 
enthaltene Halbleitermaterial dann nicht leitend? Von welchen 
Temperaturen redet man da?
Kann genauso nicht auch ein FET durch ein elektrisches Feld leitend 
machen? Hier kann denke ich ein Metallkäfig um das Halbleitermaterial 
zum abschirmen genommen werden?
Gast #5250437
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Wenn es nur einen FET bzw nur einen FET Typen gäbe, wäre deine Frage 
halbwegs einfach zu beantworten. Doch so bleibt leider nur 'it depends' 
übrig.
Du kannst hier gerne kleine gut abgegrenzte Fragen stellen. Eine 
komplette Diplom Arbeit wirst du jedoch woanders finden.
#5250453
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Tom schrieb:
> Im Weltall schützt man aber Elektronik vor Strahlung, um z.B. Bitkipper
> zu minimieren.

Meines Wissens kann man da nicht viel schützen. Zum einen ist 
Abschirmung schwer, zum anderen kann durch Abbremsen der Teilchen der 
Wirkungsquerschnitt sogar noch erhöht werden.

> Ich nehme auch an, dass die Strukturgröße hier eine
> große Rolle spielen wird.

Es gibt Störungen durch die Ladung der Teilchen, aber auch dauerhafte 
Schäden in der Kristallstruktur. Neben Bitkippern (Gegenmassnahmen: 
ECC/Scrubbing, Majority Voting, hardened Flipflops für kritische Teile) 
kann aber auch ein Latchup auftauchen, den muss man anhand der 
Stromaufnahme erkennen.

Je grobschlächtiger, um so weniger machen die Kristallschäden 
langfristig aus, hängt aber auch am Prozess. AFAIK sind da so 65-90nm 
bleeding-Edge, also aus Consumersicht so gute 10-15 Jahrer alter Mist. 
Aber selbst das wird nur vorsichtig benutzt, Stichwort "Heritage". Bis 
das massenweise fliegt, dauerts nochmal 10 Jahre.

Dass das alles kein Spass ist, sieht man an den Alltags-Videos aus der 
ISS. Die Kameras haben schon massenweise kaputte Pixel...
Gast #5250463
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Danke an Georg A. und Retro Nerd, das geht genau in die Richtung. Zu 
Strahlung habe ich schon ein paar Sachen finden können. Zu Temperatur 
und elektrischen Feldern noch nicht.

Scheint entweder kein großes Problem zu sein, oder ich finde einfach 
nichts. Grundlegend ist mir Klar was die Temperatur mit einem Halbleiter 
macht, und ebenso was ein Feld in einem FET verursacht. Jedoch gibt es 
wohl keine Anwendungsfelder in denen das ein Problem wäre?
#5250464
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definiere Fehlfunktion, in meiner Industriezeit hatten wir Stress mit 
den ersten FET nach der Bestückung auf Baugruppen die zwar schalteten 
aber bei OFF nicht hochohmig genug waren.

Nach längerer Forschung und Untersuchung incl. Plasmaöffnung wurde 
festgestellt das im Chip/Kristall zerstörte Strukturen waren deren 
Ursache ergründet werden mussten, der Fehler wurde gefunden, es war 
während der Verarbeitung nach dem cut von der Rolle statische Entladung 
aufgetreten.
#5250478
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Elektrische Felder lassen sich durch entsprechende Schirmungsmaßnahmen 
blockieren:

https://de.wikipedia.org/wiki/Abschirmung_(Elektrotechnik)

Für HF und in Hoch- und Höchstspannungsumgebungen kann das durchaus ein 
notwendiges Thema werden.

Der Arbeitstemperaturbereich und die Maximum Ratings eines Halbleiters 
stehen im Datenblatt. Hier helfen entsprechende "Military Grades" mit 
erweitertem Temperaturbereich oder Kühlungs- bzw. Erwärmungsmaßnahmen, 
je nach Einsatzzweck.

Soweit ich weiß, sind die "Military Grades" nicht unbedingt speziell 
dazu hergestellt, sondern werden im Rahmen der Typstreuung ermittelt und 
aussortiert.

Zu hohe Temperatur kann ganz schnell z.B. durch die eigene 
Verlustleistung zum Problem werden. Die gängigen x86 µP laufen z.B. ohne 
Kühlung nur wenige Sekunden und schalten dann i.d.R. durch ihre 
eingebaute Schutzschaltung ab.

In speziellen, sehr kalten Umgebungen müssen dagegen die Schaltungen 
künstlich erwärmt werden.
Gast #5250489
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Danke soweit schon mal!

Ich hab mir ein paar Datenblätter angesehen, dort stehen aber nur 
maximum Ratings für Temperaturen. Aber ab welcher Temperatur ist bei 
einem typischen 0815 Transistor wirklich Schluss? Das hängt wohl vom 
Halbleitermaterial ab? Woher weiß man welches genau in den heute 
gängigen Transistoren verwendet wird?
Gast #5250507
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Ein Silizium BJT hat bei ca. 250 Celsius ein hfe von unendlich. Also er 
leitet ohne Basisstrom. Bei MOSFETs gehts evt. noch ein klein wenig 
höher aber auch da ist in der Region Schluss. Spezifiziert wird sowas 
bei diskreten Bauelementen meist bis 175 Grad. Die Lebensdauer ist bei 
den Temperaturen nach Arrhenius schon recht gering.
Deutlich höher kommst Du nur mit Materialien die eine höhere Bandlücke 
aufweisen wie SiC, GAs etc.

Germanium liegt noch darunter deshalb waren die noch 
temperaturempfindlicher.

Das meiste wird heute aus Silizium hergestellt, da dort die am besten 
verstandenen Prozesse und fehlstellenärmsten Substrate vorhanden sind.

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