Es gibt eine Vielzahl an Sachädigungsmechanismen innerhalb der CPU, die Elektromigration ist nur einer davon. Ein 2. auf dem ich immer gerne herumreite ist TDDB, dabei versagt die Isolationsschicht zwischen Gate und Substrat (und damit letzlich zwischen der Gateelektrode und den anderen Elektroden des FETs), wodurch der Feldefekttransistor zerstört wird. Daneben gibt es noch zahlreiche weitere Schädigungsmechanismen.
Die Elektromigration steigt in der Form einer n-ten Potenzfunktion mit der fließenden Stromstärke an, wobei je nach verursachender Schädigung für n Werte zwischen 1 und 7 eingesetzt werden können (
Blacksche Gleichung – Wikipedia ), wobei meistens 2 angenommen wird. Außerdem steigt die Elektromigration expotentiell mit der Temperatur an, wobei der Anstieg aber einmal von der Absoluttemperatur abhängt und dann von der angenommenen Aktivierungsenergie. Wichtig bei der Berechnung ist aber, das die Aktivierungsenergie in der passenden maßeinheit eingesezt wird, also in der Regel in eV (Elektronenvolt), da sonst völlig falsche Werte herauskommn (wie das die Temperatur keinen Einfluss hätte). Außerdem muss aber bedacht werden, dass mit steigender Temperatur die Leckströme ansteigen, wodurch ebenfalls die Stromdichte entsprechend erhöht wird und das wiederum quadratisch in das Endergebnis eingeht.
Aber nun zum TDDB: die Geschwindigkeit mit der eine anliegende Spannung das Gateoxid schädigt steigt mit der 40. (!!!) Potenz zur Spannung an, aber 30°C Temperaturunterschied nur eine Änderung um den Faktor 10 bedeuten.
Im Beispiel würde unter der vereinfachten Annahme das Vcc gleich der Spannung über dem Gateoxid entspricht bedeuten, das 1,4V die Schädigung im Vergleich zu 1,2V um das ~476,29-fache beschleunigen, wohingegen die 80°C Temperaturunterschied etwa einen Unterschied um den Faktor ~464,16 bedeuten würden.
Feldeffekttransistoren haben, obwohl sie aus Halbleitern bestehen, übrigens einen positiven Temperaturkoeffizienten, also sie leiten bei höheren Temperaturen den Strom schlechter. das ist so, weil die die Leitung innerhalb des FETs durch die erhöhten Gitterschwingungen beeinträchtigt wird, und nicht von der gesteigerten Eigenleitung des Halbleiters profitiert. Das ist so, weil in FETs entsprechend des Typs (entweder N-Kanal oder P-Kanal) immer nur eine Sorte von Ladungsträgern zu Leitung des Stromes dient und die thermisch erzeugeten zusätzlichen Ladungsträger ja aus beiden Sorten bestehen. Da ja der Halbleiter nach außenhin durch die Eigentleitung ja ohne externe Spannung neutral bleibt, entstehen im Mittel ja nun genau gleichviele ladungsträger von beiden Sorten, wodurch sich deren Efekt hier gerade aufhebt. Im Vergleich ist das bei Bipolartransistoren nicht so, da dort beide Ladungsträgersorten innerhalb eines Transisors zur Leitung bei tragen.
Maßgeblich trägt zu den gesteigerten Leckströmen die durch die erhöhte Temperatur gesteigerte Leitfähigkeit der Halbleiter bei. Der erhöhte Leiterwiderbahnwiderstand und damit der erhöhte Spannungsabfall sollte hier zwar auch einen weiteren Teil dazubeitragen, aber dieer sollte eher geringer ausfallen.
Ich hoffe, ich konnte hier das etwas nerklären.


