計算機工作的環境溫度是不是越低越好?

時間 2021-07-02 11:13:00

1樓:wap12358

並不是,現在的計算機都是有乙個最佳工作溫度範圍的,一般是零下幾十度到75~175度,工作在合適的溫度下才是最好的。

溫度過高的後果大家基本都知道,但極低溫下很多人卻會認為計算機會工作的更好,甚至會和超導聯絡起來,然而這是不對的。(但上海微系統所等一些機構有做超導計算機的,正在研究這方面)

以下內容需要一些固體物理/半導體背景知識,從頭開始說真的太多了。

對半導體產業了解一些的人都知道,半導體產業是通過在純矽中引入雜質,讓雜質提供自由電子和空穴來導電的,自由電子和空穴也被稱為載流子。

溫度就是粒子熱運動的巨集觀表現,溫度越高,電子的能量越高,就越容易被激發出來變成乙個自由電子,參與導電,而矽單晶中因為特殊的結構,電子的數量是剛剛好的,激發出了乙個電子,就留下了乙個本應有電子的空位置,我們稱其為空穴。

假設我們有一塊矽單晶,並向其中摻雜一些磷元素,形成一塊N型半導體。矽的最外圈電子有4個,而磷卻有5個,少數磷強行混入矽晶體時,就會有四個電子能剛好配合上其他矽原子,剩下的乙個電子就很容易被激發成自由電子,也就成了N型半導體。

我們將這塊N型半導體從絕對零度開始逐漸公升溫看看會發生什麼。

絕對零度,沒有粒子能動,電子也不例外,所以沒有自由電子和空穴,這塊半導體完全不導電。

零下幾十度,能量比較大了,很多磷原子都吸收了足夠的能量把那個多餘沒地方放的第5個電子放出來了,基本上矽中摻入了多少磷原子就有多少自由電子,因為這些電子本來就是沒地方放的不融入矽晶體的,所以被激發成自由電子也沒有留下空位,沒有對應的空穴產生。

零下幾十度到零上一百多度,正常工作溫度內,自由電子數量基本等於磷原子數量,電路實現了設計功能,而且載流子數量很好控制,基本就是摻入的磷原子數量,空穴很少。

零上一百多度以上,溫度過高,各種粒子獲得過多能量,本應在原子核旁和鄰居形成8電子穩定結構的那四個電子也得到了足夠的能量被激發出來,並且留下屬於它們的位置,形成空穴。這些形成8電子穩定結構的電子激發出來所需的能量比那個多餘的第5個電子大多了,所以要這個溫度它們才會大量激發。這個時候載流子的數量對溫度及其敏感,已經無法有效控制載流子數量了,半導體電路也就失去了功能,但這種狀態其實是可逆的,降溫回去就沒事了。

(但到這種程度的溫度之前晶元應該就先燒了)

通過這個過程我們知道,低溫時缺少需要的載流子,電路不導電,顯然也沒什麼功能了;高溫時兩種載流子都不受控制的暴增,只有導電功能,也沒有電路功能。

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