Вопрос в заголовке: как температура влияет на проводимость?

Проводимость — это перемещение электронов по системе. Совершенный монокристалл — это идеально регулярная сетка, а решения для электронов — это блоховские волны . Электроны ведут себя как волны, проходящие через твердое тело. Любое вмешательство замедлит эти волны; электроны будут сталкиваться и рассеиваться, становясь медленнее. Представьте себе: шаги каждого пьяного человека движутся в разные стороны, один вперед, один немного вправо, другой чуть назад... так что они идут медленно.

Температура заставляет твердое тело вибрировать. Эти колебания называются фононами (не фотонами ) и воспринимаются электронами как возмущения на сетке. Когда движущийся электрон сталкивается с ним, пространство внезапно перестает быть таким регулярным, слегка отклоняется (рассеивается) и, таким образом, замедляется.

В полупроводниках есть лишняя вещь, как мы скоро увидим.

Другой вопрос: как ОЗУ сохраняет память после отключения?

Память компьютера представляет собой набор 1и 0. Мы можем закодировать эту информацию в цепи, удерживая электрический заряд или нет. Реальная реализация использует транзисторы и физику полупроводников, но издалека она похожа на конденсатор. Когда мы хотим сохранить a 1, мы заряжаем его, а когда нам нужно 0, мы его опустошаем.

Эта система может быть сделана очень быстро, поэтому мы можем быстро читать и записывать данные, когда делаем вычисления, но у нее есть проблемы. Наш конденсатор далек от совершенства, он пропускает заряд. Итак, если a 1означает, что конденсатор имеет разность напряжений$1 V$, если мы оставим его в покое, заряд будет медленно течь, а напряжение падать. Чтобы предотвратить деградацию памяти, ОЗУ непрерывно считывает данные. Скажите, что определенная ячейка через некоторое время после записи читает$0.7 V$: скорее всего это был 1, поэтому оперативная память его сотрет и перезапишет на новый$1 V$. Этот процесс занял менее$100 ns$.

Когда мы выключаем компьютер, обновление прекращается, и заряд каждой ячейки быстро снижается. Через какое-то время из одной стороны в другую переместилось достаточное количество электронов, так что никто не может сказать, была ли раньше на этом месте а 1или а .0

Чтобы понять температурный эффект здесь, нам нужно копнуть немного глубже. В самой сердцевине этих чипов находятся два полупроводника, которые соприкасаются, образуя р-n-переход. Обычно это два куска кремния с небольшими кусочками двух других материалов, по одному с каждой стороны.

В твердых материалах покоящиеся электроны находятся в валентной зоне, разрешенной области энергий, которая заполнена электронами, поэтому она не допускает движения: они неподвижны. Есть еще один слой с большей энергией, называемый зоной проводимости. Это пусто, поэтому электроны могут двигаться. В проводнике нет скачка энергии между этими двумя, электроны в валентной зоне могут просто находиться в зоне проводимости и двигаться. В изоляторах есть большой зазор: нам нужно много энергии, чтобы заставить ленивые электроны перейти на уровень, на котором они могут двигаться (поэтому в отвертках указывается предел напряжения, больше которого даст достаточно энергии электронам ручка, чтобы двигаться и жарить вас). Полупроводники находятся где-то посередине: им нужно немного энергии, но немного.

Это небольшое количество энергии может быть получено несколькими способами, которые порождают все богатство и возможности электроники. Но его также можно получить с помощью тепла: электрон может быть достаточно горячим, чтобы иметь достаточную энергию для прыжков и движения. Чем горячее материал, тем больше будет электронов с нужной температурой, и, следовательно, тем легче будет его проводить. И наоборот, если вы заморозите свой банк памяти, у очень немногих электронов будет достаточно энергии, чтобы совершить прыжок, и заряд в вашем конденсаторе сохранится дольше.