在晶格结点上的原子并不是固定不动的。原子常围绕某一固定的位置作轻微 的振动(表现出弹性)。随着温度的升高,振动的范围也增大,因而晶格有了膨 胀,这也就是金属受热膨胀的原因。当温度升高到熔点后,原子振动范围显著增 大,全部脱离了原先的位置,这便意味着金属已经熔化。
冷却后,随着温度的降 低,原子间吸引力逐渐增大,当温度降低到凝固温度以下时,原子间的吸引力已 经达到了克服原子混乱运动的力量,原子有规则地排列,这就开始了结晶过程。 如果金属材料冷却到原室温后继续降低温度,晶格就越来越紧密,体积就收缩 这就是金属材料遇冷收缩的原因。
金属材料的热胀冷缩性质是各不相同的,我们用线膨胀系数来表达这种不 同,它表示在一定温度范围内每升高一度在一定方向上膨胀多少。
对于一般物体,热胀冷缩是成立的,主要是有与温度升高,分子的动能增加,分子的平均自由程增加,所以表现为热胀冷缩
因为硅片整体,长程有序的衬底还是占绝大部分,其热胀冷缩比较一致,内连金属延展性很好,可以跟随其进行伸缩。且总体来说体积变化比起塑料、金属块等物体要小得多。
普通硅片/砷化镓/锗晶体薄片放在平台上直接浇液氮,也是不会坏的。这个过程我工作实验室经常做,在线测试步骤之一。另外说到功率问题：温度到液氮附近后,集成电路器件迁移率一般会暴涨2-3倍,注入区电阻率下降一些。带来的直观感受是MOSFET饱和电流大大增加。
通用CPU一般数字电路占主导,大饱和电流带来的好处是后端栅极充放电速度增加,但温度降低,MOSCAP增加,幅度不如饱和电流。也就是说,单位时间内充放电电流增加了,但总量其实还好。
总体功率只要频率不增加的话是没什么变化的,因为CMOS电路作为压控器件组合,主要的功耗在于状态变化过程,只要频率和指令数量不变,工作能耗就维持在大致相仿的水平。但前面也提到了,低温下饱和电流激增,因此充放电速度更快,可以支撑更高的工作频率。
这也是超频用液氮降温的主要意义之一。这个回答一方面是针对有些回答说液氮温度就坏了的,另外答案本身存在局限性：CPU封装形式决定了其民品场合运用,不考虑这样极端温度的长期工作,因此比起核心die,PCB基板因受热不均碎裂可能性更大。
陶瓷基板则需要具体分析。因此我上面的这些想法只针对硅片本身。做过一些液氮温度附近的半导体性质研究,斗胆胡乱说几句,请各位指正。
