Una vez que un chip se sobrecalienta puede empezar a funcionar mal; por ejemplo, muchos programas pueden empezar a fallar una vez que algunas o todas las partes de un ordenador se sobrecalientan.
¿Qué ocurre exactamente para que los chips funcionen mal cuando se sobrecalientan?
Para ampliar otras respuestas.
Hay más razones, pero éstas son unas cuantas importantes.
El principal problema del funcionamiento de los circuitos integrados a altas temperaturas es el gran aumento de la corriente de fuga de los transistores individuales. La corriente de fuga puede aumentar hasta tal punto que los niveles de tensión de conmutación de los dispositivos se ven afectados, de modo que las señales no pueden propagarse correctamente dentro del chip y éste deja de funcionar. Normalmente se recuperan cuando se les deja enfriar, pero no siempre es así.
Los procesos de fabricación para el funcionamiento a alta temperatura (hasta 300C) emplean la tecnología CMOS de silicio sobre aislante debido a la baja fuga en un rango de temperatura muy amplio.
Sólo un añadido a unas respuestas excelentes: Técnicamente, no son los dopantes los que se vuelven más móviles, sino un aumento de la concentración de portadores intrínsecos. En todo caso, los dopantes/portadores se vuelven menos móviles a medida que la red cristalina de silicio comienza a "vibrar" debido al aumento de la energía térmica, lo que dificulta el flujo de electrones y agujeros a través del dispositivo - dispersión de fonones ópticos, creo que la física lo llama, pero puedo estar equivocado.
Cuando la concentración de portadores intrínsecos aumenta por encima del nivel de dopaje, se pierde el control eléctrico del dispositivo. Los portadores intrínsecos son los que están ahí antes de dopar el silicio, la idea de los semiconductores es que añadamos nuestros propios portadores para generar uniones pn y otras cosas interesantes que hacen los transistores. El silicio alcanza un máximo de 150 grados centígrados, por lo que la disipación de calor de los procesadores de RF y de alta velocidad es muy importante, ya que 150 grados centígrados no es demasiado difícil de conseguir en la práctica. Existe una relación directa entre la concentración intrínseca de portadores y la corriente de fuga de un dispositivo.
Como los otros compañeros han mostrado, esta es sólo una de las razones por las que los chips fallan - incluso puede llegar a ser algo tan simple como que un enlace de cable se caliente demasiado y se salga de su almohadilla, hay una enorme lista de cosas.
Aunque las corrientes de fuga aumentan, me parece que un problema mayor para muchos dispositivos basados en MOS es que la cantidad de corriente que pasa por un transistor MOS en el estado "encendido" disminuirá a medida que el dispositivo se caliente. Para que un dispositivo funcione correctamente, un transistor que conmuta un nodo debe ser capaz de cargar o descargar cualquier capacitancia latente en esa parte del circuito antes de que cualquier otra cosa dependa de que ese nodo haya sido conmutado. Si se reduce la capacidad de paso de corriente de los transistores, se reducirá la velocidad a la que pueden cargar o descargar los nodos. Si un transistor no puede cargar o descargar un nodo suficientemente antes de que otra parte del circuito dependa de que ese nodo haya sido conmutado, el circuito funcionará mal.
Hay que tener en cuenta que, en el caso de los dispositivos NMOS, había un compromiso de diseño a la hora de dimensionar los transistores de pull-up pasivo; cuanto más grande fuera el pull-up pasivo, más rápido podría pasar el nodo de bajo a alto, pero más energía se desperdiciaría siempre que el nodo estuviera bajo. Por tanto, muchos de estos dispositivos funcionaban casi al límite del funcionamiento correcto y las averías por calor eran (y siguen siendo) bastante comunes en la electrónica antigua. En el caso de la electrónica CMOS común, estos problemas suelen ser menos graves; no tengo ni idea de hasta qué punto influyen en la práctica en cosas como los procesadores multi-GHZ.
Para complementar las respuestas existentes, los circuitos actuales son sensibles a los dos siguientes efectos de envejecimiento (no sólo éstos, sino que son los principales en los procesos < 150nm):
Dado que la temperatura aumenta la movilidad de los portadores, aumenta los efectos de HCI y NBTI, pero la temperatura no es la causa principal de NBTI y HCI:
Estos dos efectos de envejecimiento del silicio provocan daños reversibles e irreversibles en los transistores (al afectar/deteriorar los sustratos aislantes) que aumentan el umbral de tensión del transistor (Vt). Como resultado, la pieza requerirá un mayor voltaje para mantener el mismo nivel de rendimiento, lo que implica un aumento de la temperatura de funcionamiento y, como se ha dicho en otros posts, un aumento de las fugas en la puerta del transistor.
Para resumir, la temperatura no hará que la pieza envejezca más rápido, son la frecuencia y el voltaje más altos (es decir, el overclocking) los que harán que una pieza envejezca. Pero el envejecimiento de los transistores requerirá un mayor voltaje de funcionamiento que hará que la pieza se caliente más.
Corolario: la consecuencia del overclocking es un aumento de la temperatura y del voltaje necesario.
I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.
