Modern işlemcilerin teknik sürecindeki bir azalma ile neden bozulma oranları büyük ölçüde artar?

Bozulma, işlemcinin dahili elemanlarından akan bir elektrik akımının etkisinden ve yüksek sıcaklıklara maruz kalmasından kaynaklanan, çalışması sırasında işlemcinin dahili elemanlarının doğal bir imha sürecidir. Bu, teknik özelliklerinin (parametrelerinin) tamamen başarısız olmasına kadar kademeli olarak bozulmasına yol açar.

İşlemci bozulmasının bir işareti, bir süre sonra standart (hız aşırtmalı – kararlı) parametrelerinde (frekans, besleme voltajı) çalışamamasıdır. Bu, belirli bir anda ortaya çıkması ve zamanla “mavi ekranlar”, ani kapanmalar, bilgisayarın yeniden başlatılması ve çeşitli testlerden geçerken meydana gelen hataların daha sık ortaya çıkmasıyla kendini gösterir. Bu, işlemci besleme voltajı artırılarak veya işlemci saat frekansı düşürülerek ortadan kaldırılır. Ancak bir süre sonra semptomlar tekrar eder ve yukarıdaki manipülasyonların daha fazla tekrarlanması gerekir. Ancak, besleme voltajını artık yükseltmenin artık mümkün olmadığı bir zaman gelir ve geriye kalan tek şey işlemci saat frekansını azaltmak, böylece performansını düşürmektir.

Eh, şimdi bozulma sırasında meydana gelen süreçlerin biraz “fiziği”.

İşlemci birçok öğeden oluşur: transistörler, dirençler, kapasitörler, dielektrik yalıtım katmanları, metal ara bağlantılar ve daha fazlası.

Tüm bu unsurlar, akım, voltaj, sıcaklık ve bu olumsuz faktörlere maruz kalma süresi gibi fiziksel niceliklerin etkisinden dolayı bozulmaya tabidir. Çip sıcaklığı 85 dereceden fazla yükseldiğinde, çok seviyeli metal bağlantılar, temas bağlantıları ve seviyeler arası dielektrikler, katmanların termal genleşmesine maruz kalır.

Dielektrik ve metalin genleşme sıcaklık katsayıları birbirinden çok farklı olduğu için tabakaların birbirleri üzerinde bir basıncı vardır. Bu zamanla metal baralarda ve kontak bağlantılarında kopmalara ve boşlukların oluşmasına neden olabilir ve aynı nedenlerle metal baralar arasındaki dielektrik tahribatı meydana gelebilir.

Yüksek sıcaklığın bir başka etkisi, 85 derecenin üzerindeki yüksek sıcaklıklarda ve transistörün kapısında negatif voltajda meydana gelen MOS transistörlerinin bozulmasıdır. Bu, önce tuzakların oluşmasına ve daha sonra tuzaklar tarafından geçit oksitindeki kanaldan deliklerin yakalanmasına yol açar. Bu bozulma, transistörün kanalından akım akmadan gerçekleşir.

Ve akıma maruz kaldığında zamanla elektromigrasyon gibi bir süreci gözlemleyebilirsiniz. Bu, metal baralardan akan akımın etkisi altında metal atomlarının fiziksel hareketidir. Elektromigrasyon nedeniyle bir yerde kalınlaşma (metal atomlarının birikmesi), başka bir yerde boşluk oluşumu mümkündür. İşlemci kalıbındaki metal kablolar çok yoğun. Ve bitişik metal lastikler, teknolojinin izin verdiği minimum mesafede birbirinden bulunur. Ve baralardan birinin kalınlaşması, komşu bara ile kısa devreye neden olabilir.

Bu, hem kaçak akımlarda bir artışa hem de tam bir kısa devreye ve devre bölümlerinden birinin arızalanmasına ve sonuç olarak tüm devrenin çalışmamasına neden olabilir. Metal lastiklerde boşluk oluşumu, aksine, otobüste bir kırılmaya ve bunun içinden sinyal iletememesine veya boşluğun meydana geldiği yerde dirençte önemli bir artışa ve kabul edilemez zayıflamaya (kayıp) yol açabilir. ) bu alandaki sinyalin, genel olarak tüm sistemin çalışmamasına da yol açacaktır.

Elektron mikroskobu ile çekilen görüntüler, yukarıdaki faktörlere uzun bir süre maruz kaldıktan sonra metal lastiğin durumunu gösterir. Burada akım akışının neden olduğu kalınlaşmaların oluşumunu ve boşlukların oluşumunu görebilirsiniz.

Ve bu resimde karanlık alan metal lastiğin içinde oluşan boşluktur.

Ayrıca, bir elektrik alanının etkisi altında, dielektrikten bir tünel akımı akar. Dielektrik yapının kusurlu olması ve tünelleme akımının etkisi nedeniyle, dielektriklerin yalıtım özelliklerinin yerel olarak bozulması ve kusurların oluşumu meydana gelir. Gelecekte, kusur sayısındaki artış, kapasitör plakaları ve (veya) metal bağlantı baraları arasında bir “kısa devre” oluşmasına ve dielektrikin bozulmasına yol açar.

MOS transistörlerinin bozulması, içinden akım geçtiğinde şu şekilde gerçekleşir: kaynak-kanal-boşaltma devresinden akan bir elektrik akımının etkisi altında, metal iyonları kaynak bölgesinden kanalın yarı iletken bölgesine yayılır. Böylece MOS transistörünün kanalını bir elektrik akımı iletkeni haline getirir. MOS transistörünün kanalında düşük konsantrasyonda metal iyonları ile kaçak akım artar ve bunun sonucunda işlemcinin ısı dağılımı ve sıcaklığı artar ve işlemci arızalanmaya başlar. Bu durumda, transistörün kapısındaki blokaj voltajında ​​​​bir artış, işlemcinin toplam voltajını yükselterek elde edilebilecek bir artışa yardımcı olur. Ancak aynı zamanda sıcaklık ve akımlar daha da artacak ve bu da tüm işlemci parametrelerinin bozulmasını ve bozulmasını daha da hızlandıracaktır. MOS transistörünün kanalındaki iyon konsantrasyonunun daha da artmasıyla, kanalın direnci çok düşer, içinden düzensiz bir akım akmaya başlar ve tüm işlemci devresinin performansı bozulur.

Sıcak (yüksek enerjili) yük taşıyıcıların etkisi altında MOS transistörlerinin parametrelerinin bozulması, bu yük taşıyıcılarının enjeksiyonu, transistör kanalının elektrik alanında hızlandırılması ve Si- SiO2 bariyeri (yarı iletken-oksit) kapı oksit içine çöker ve orada birikir.

Ve üretim süreci ne kadar düşük olursa, bu geçiş bariyeri o kadar düşük olur ve yük taşıyıcıların geçit okside girmesi o kadar kolay olur. Zamanla, bu biriken yük taşıyıcıları, kapı tarafından üretilen elektrik alanını etkilemeye başlar. Ve sonuç olarak, transistörün volt-amper özelliklerinde bir kayma, yani parametrelerinde bir değişiklik var.

Şimdi, bir işlemci çipinde yer alan fiziksel süreçleri bilerek, düşük değerli teknik süreçler kullanılarak üretilen tüm modern işlemcilerin, örneğin 7-15 yıl önceki öncekilerden neden çok daha hızlı bozulmaya maruz kaldığını anlayalım. Teknik süreçte bir azalma ile, işlemcilerin tüm iç elemanlarında bir azalma meydana gelir ve elemanların paketleme yoğunluğu artar. Örneğin, bir dielektrik kalınlığındaki bir azalma, kendi başına, elektriksel gücünü (bozulmasının meydana geldiği voltaj) ve kapasitör plakaları veya birbirine yakın metal bağlantı otobüsleri arasındaki dielektrik üzerinde etki eden elektrik alanını azaltır. da artar. Okul fiziği dersinden hatırladığımız gibi, kapasitör plakaları arasındaki dielektrik kalınlığının azalması ve plakaların birbirine yaklaşması, aralarındaki elektrik alanın artmasına neden olur. Bu, modern işlemcilerde, dielektrik kalınlığının kat kat daha fazla olduğu eski işlemcilerde olduğundan daha hızlı yalıtkan imhasına yol açacaktır. Metal bağlantı baralarının kesitinde ve MOS transistörlerinin boyutunda bir azalma ile, içlerinden geçen akımın yoğunluğu artar, bu da metal baralarda boşlukların ve genişlemelerin hızlandırılmasına ve metalin elektromigrasyonuna yol açar. iyonları MOS transistörlerinin kanallarına aktarır.

İşlemci, besleme voltajının büyük ölçüde fazla tahmin edileceği yanlış hız aşırtması yapılırsa, bozulma süreci büyük ölçüde hızlanacaktır. Ve işlemcinin yanlış sıcaklık modu ile.

Böylece, işlemci üretimi için modern teknik süreçler sayesinde, artık kesinlikle herhangi bir kullanıcı, en az beş yıllık bir kullanım süresinden sonra işlemcisinin bozulmasına tanık olacaktır. Büyük teknik işlemlere sahip eski işlemciler kullanıcılara sağlayamadı. Örneğin, Pentium 4 (90 nm işlem teknolojisi) veya FX 8320 (32 nm işlem teknolojisi), on yıllarca kullanımlarından sonra bile bozulma pek görülmedi. Ve örneğin modern işlemciler için Intel Core i9-10900 14 nm işlem teknolojisine sahiptir, Ryzen 9 5950X 7 nm işlem teknolojisine sahiptir.5 Belki de Ryzen 9 5950X bozulma yarışında lider olacaktır.

Modern işlemcilerin bu özellikleri, onları ikincil piyasadan satın alırken bir tuhaflık getirir. Eski üretim yıllarının ikinci el işlemcileri, parametrelerinin artık aynı olmadığından korkmadan satın alınabilseydi, çünkü onları gözle görülür bir bozulmaya maruz bırakmak için çok çalışmak gerekiyordu. O zaman modern kullanılmış işlemciler büyük olasılıkla zaten “öldürülmüş” olarak satın alınabilir. Bozulmaları için iyice ziyaret etmek için zamanları vardı. Kullanılmış modern işlemciler satın alırken bunu aklınızda bulundurmanız gerekir.

Her ne kadar modern işlemcilerdeki kaynağın, alaka düzeyi için 3-5 yıllık bir süre için atıldığı doğru olsa da. Ve 20 yıldır bozulma belirtisi göstermeden çalışan eski işlemciler gibi değil, ancak 15 yıl önce olduğu gibi ahlaki olarak modası geçmiş işlemciler gibi.

İşlemcinizin bozulmasını fark ettiniz mi, yoksa henüz fark etmediniz mi? Yorumlara yazın.

Similar Posts

Leave a Reply

Your email address will not be published.