金属热胀冷缩的原理是什么

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。