Ученые из университета г. Токио разработали температурные датчики для микросхем, которые имеют улучшенные свойства контроля температурного состояния полупроводникового кристалла.
Новые датчики способны оперативно следить за состоянием температуры всей площади чипа, а не только локального участка, как это практикуется в стандартных технологиях. Вместе с экспертами «ЗУМ-СМД» рассмотрим принцип работы новых датчиков температуры.
Особенности и принцип работы датчиков температуры нового типа
Традиционные термодатчики, встроенные в кристалл микросхемы, размещаются вблизи потенциально опасных элементов, которые служат основными источниками нагрева чипа. Речь идет о так называемом эффекте Зеебека. Он основан на свойстве полупроводников генерировать напряжение под воздействием температуры в точке контакта двух разных типов.
Новые термодатчики от японских ученых задействуют поперечный эффект Нернста — Эттингсгаузена. Он тоже основан на свойстве преобразования температуры в электродвижущую силу (ЭДС), но там используется термомагнитный эффект. Это позволяет оперативно следить за температурным состоянием всей контролируемой зоны с меньшей его зависимостью от отдаленности локального генератора температуры. Тем более, что в одном чипе их может быть огромное количество. Датчики нового типа изготавливаются в виде пленки и используют материалы на основе галлия, железа и др.
У них тоже проявляется эффект Зеебека, но с ним приходится уже бороться. Потому что в данном принципе измерения температуры локальный нагрев ближе расположенных элементов выдает больший потенциал, чем принимается от более отдаленных. В итоге традиционная система измерения температуры кристалла привязана к расположению самого датчика. Это свойство стало основой для поиска температурных детекторов нового типа.
Размещение термодатчиков в пленке позволяет в значительной степени ослабить эффект, который ранее использовался как основной. Тем более, что новый датчик гибкий и его можно расположить как угодно. Специально разработанная структура усовершенствованного термодатчика позволяет оперативно реагировать одинаково хорошо на повышения температуры во всей контролируемой зоне.
Необходимость применения новых термодатчиков
С повышением интеграции микросхем одновременно увеличивается:
- число активных греющихся элементов;
- их отдаленность от датчиков температуры.
При быстром возникновении очага возрастания температуры система температурного мониторинга может не справиться с контролем этого процесса. Отключение силовых цепей может быть запоздалым, что приводит к резкому сокращению срока службы интегрального компонента и чаще всего к его выходу из строя.
Поэтому возникает острая необходимость в датчиках температуры кристаллов микросхемы с измененным принципом действия. Тем более, что коэффициент теплопроводности кремния не такой высокий: он составляет 149 Вт/(м·К) при стандартных условиях.
Тенденция развития современной микроэлектроники имеет важное направление — улучшение качества и долговечности электронных компонентов.
