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100:CMOSの冷却に対する周波数アップのデータ

CMOS-ICの温度による、周波数特性の、実測に近いデータがあったので、紹介する。

 

もともと、冷却によって、周波数が上がる要因としては、一般的に言われている、CMOS-IC内部の電子、正孔の移動度の上昇、配線用金属材質の電気抵抗値の温度特性による低下による、ストレイ容量の充放電時の短縮である。

配線の電気抵抗値の温度特性は以下のように変化する。(理科年表より)

ちなみに、アルミの -192℃、0℃、100℃の時の抵抗比は
          0.06 0.704  1
  同じく、銅では 0.09 0.690  1 となる。

 これからすると、結構な比率になるが、別の要因が効いてくるのだろう、これまでにはならないようだ。

100-0℃で、1/0.704=1.42、 1/0.69=1.44  だが、下図では、1.3ぐらいだ。

ある場所から入手したデータを元に、ちょっと検討してみた。 

CMOSの特性から、100℃の時の周波数を1として、温度によって、どれくらい周波数が上げられるかのデータの表である。-150℃まで、実験したのだろうか、この辺の信憑性はわからない、が興味深い。

 

ちなみに、一般的なICは、-50℃とは、保存温度(Strage)でしか保証していない世界です。動作温度では。0℃〜とかで、動作では保証されない温度ですね。なぜかっていうと、例えばプラスチックパッケージの場合、プラスチックと、金属で出来ている入出力ピンで、熱膨張計数が違い、温度サイクル(温度を上げたり下げたり繰り返すこと)を繰り返すと、ストレスがかかり、パッケージとピンの間にクラック(ヒビ)が入り、ここから水分が入っていき、ICを汚染してしまい、壊してしまうことになるからです。

セラミックパッケージは、プラスチックパッケージよりは、温度サイクルに強いはずですが、メーカーとして保証はしません。だから、こんなことをして故障しても、文句を言えないわけです。

 

0℃に冷却できた場合でも、100℃に対し、約1.3倍は行きそうだ。

しかし+40℃からだと、1.3/1.2=約1.08程度にしかならない。

現在40℃程度で、320MHzでは安定しているから、320*1.08=345.6MHz

 

-40℃に出来た場合には、1.5/1.2=1.25倍として、320*1.25=400MHz

となりそうだ。

このデータの、元の場所とかは、後日、もっと展開したら出します。(知ってる人は、内緒ね)

この項、終わり。


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