浅谈微电子器件静电损伤的测试
【摘要】随着科学技术的飞速发展，电子、通信、航天航空等高新产业的迅速崛起，电子仪器仪表和设备等电子产品日趋小型化、多功能及智能化，高性能微电子器件已成为满足上述要求中不可缺少的核心元件。这种器件具有线间距短、线细、栅氧薄、集成度高、运算速度快、低功率和输入阻抗高等特点，因而导致这类器件对静电越来越敏感，业内把这类器件称之为静电敏感器件（ESDS）。一般而言，薄栅氧MOS器件、场效应器件和浅结、细条、细间距的双极器件的抗静电放电能力更弱。在微电子器件及电子产品的生产、运输和存储过程中，所产生的静电电压远远超过其受损阈值，人体或器具上所带静电若不加以适度防护，会使器件产生硬或软损伤现象，使之失效或严重影响产品可靠性。因此，研究静电放电对微电子器件的作用效应及损伤机理具有重要的科学意义和工程应用前景。
【关键词】微电子器件；静电损伤；放电模型
1 静电放电特性
1.1 静电放电类型
静电放电有多种形态，根据其特点，并从防止静电危害方面来考虑，可分为7种：电晕放电、火花放电、刷形放电、传播型刷形放电、大型料仓内粉堆放电、雷状放电以及电场辐射放电。
1.2 静电放电模型
静电模型包括人体模型（HBM）、人体-金属模型（BMM）、带电器件模型、家具模型、机器模型及场感应模型。国内对电子器件ESD敏感度的测试标准采用的是人体模型，用于模拟带电人体指尖与接地物体之间产生的静电放电。IEC61340-3-1规定了短路电流波形，其中，上升时间tri小于10 ns，衰减时间tdi 为150±20 ns，振荡电流Ir应小于峰值电流Ip的15%，且脉冲开始100 ns后不应被观察到。
2 实验
2.1 原理与方法
研究半导体器件的静电放电效应时，一般采用注入法，即把电磁能量通过一定的装置注入电子元器件的相应管脚，这样可以精确而方便地得到损伤阈值。实验装置包括ESS-200AX型ESD模拟器、TDS680B数字存储示波器、Tek P6041 （5 mV/mA，25 kHz～1 GHz，匹配电阻50Ω）电流探头。
2.2 CG392实验结果
课后习题答案 1.1 为什么经典物理无法准确描述电子的状态？在量子力学 中又是用什么方法来描述的？ 解：在经典物理中，粒子和波是被区分的。然而，电子和光子是微观粒子，具有波粒二象性。因此，经典物理无法准确描述电子的状态。 在量子力学中，粒子具有波粒二象性，其能量和动量是通过这样一个常数来与物质波的频率ω和波矢建立联系的，即 c h p h E ====υω υ 上述等式的左边描述的是粒子的能量和动量，右边描述的则是粒子波动性的频率ω和波矢。 1.2 量子力学中用什么来描述波函数的时空变化规律？ 解：波函数ψ是空间和时间的复函数。与经典物理不同的是，它描述的不是实在的物理量的波动，而是粒子在空间的概率分布，是一种几率波。如果用()t r ,ψ表示粒子的德布洛意波的振幅，以()()()t r t r t r ,,,2 ψψψ*=表示波的强度，那么，t 时刻在r 附近的小体积元z y x ???中检测到粒子的概率正比于()z y x t r ???2,ψ。
1.3 试从能带的角度说明导体、半导体和绝缘体在导电性能上的差异。 解：如图1.3所示，从能带的观点 来看，半导体和绝缘体都存在着禁 带，绝缘体因其禁带宽度较大 (6~7eV)，室温下本征激发的载流子 近乎为零，所以绝缘体室温下不能 导电。半导体禁带宽度较小，只有1~2eV ，室温下已经有一定数量的电子从价带激发到导带。所以半导体在室温下就有一定的导电能力。而导体没有禁带，导带与价带重迭在一起，或者存在半满带，因此室温下导体就具有良好的导电能力。 1.4 为什么说本征载流子浓度与温度有关？ 解：本征半导体中所有载流子都来源于价带电子的本征激发。由此产生的载流子称为本征载流子。本征激发过程中电子和空穴是同时出现的，数量相等，i n p n ==00。对于某一确定的半导体材料，其本征载流子浓度为kT E V C i g e N N p n n ==002 式中，N C ，N V 以及Eg 都是随着温度变化的，所以，本征载流子浓度也是随着温度变化的。 1.5 什么是施主杂质能级？什么是受主杂质能级？它们有何异同？
1-1 1-2 1-1 1-2 1XJ4810 2 3 1XJ4810 XJ48101-3 1 2 3 50Hz 4 5 6
XJ4810XJ4810[1] 1-3 XJ4810 23DG6 npn 1R i R i CE V B BE i I V R 3DG6V CE = 10V Q R i 1- 4 0~10V + + 0.1~1k x 0 .1V/ y 0.1mA/ x 1V/10V x 0.1V/V CE =10V 1-5 .200101.002 .03 10 V V B BE i CE I V R 1-4 1-5
2h FE h FE 1- 4 0~50V + + 0.1~1k x 2V/ y 2mA/ 0.02mA/ 1-6 11002. 02.2100 1.010 10101010B C V CE V mA C I B C V CE V mA C I FE I I I I h h FE h FE 1-7x 1-6 1-7 I B g I B B I CE c V I g ""--2mA/I E
CB V E C I I 3V CES V BES V CES V BES V CES C --E V BES B --E V BES =0.7~0.8V V BES =0.3~0.4V V CES V BES V BES 1-4I C =10mA I B =1mA 0~50V 0.5~1K + + x 0.05V/ y 1mA/ 0.1mA/ / 10 1011I C =10mA V CE V CES 1-8V CES =0.15V y x 0.1V/1-9I B =1mA V BE V BES 1-9V BES = 0.78V 1-8 V CES 1-9 V BES 4BV CBO BV CEO BV EBO V B BV CEO BV CBO c Wc BV CBO x mB V B W C c W C BV CBO C --B BV CEO
G J B B微电子器件试验方 法和程序文件 Revised final draft November 26, 2020
GJB 548B-2005 微电子器件试验方法和程序 点击次数：181 发布时间：2011-3-1 14:24:07 GJB 548B-2005 代替 GJB 548A-1996?中华人民共和国国家军用标准微电子器件试 验方法和程序Test methods and procedures for microelectronic device 方法 1009.2 盐雾(盐汽) 1 目的 本试验是为了模拟海边空气对器件影响的一个加速的腐蚀试验 1.1 术语和定义 1.1.1 腐蚀 corrosion指涂层和(或)底金属由于化学或电化学的作用而逐渐地损 坏1.1.2 腐蚀部位 corrosion site指涂层和(或)底金属被腐蚀的部位，即腐蚀位置1.1.3 腐蚀生成物(淀积物) corrosion product(dcposit)指腐蚀作用的结果(即锈或氧化铁、氧化镍、氧化锡等)。腐蚀生成物可能在原来腐蚀部位，或者由于盐液的流 动或蔓延而覆盖非腐蚀区域。 1.1.4 腐蚀色斑 corrosion stain腐蚀色斑是由腐蚀产生的半透明沉淀物。1.1.5 气泡 blister指涂层和底金属之间的局部突起和分离1.1.6 针孔 pinhole指涂层中产生的小孔，它是完全贯穿涂层的一种缺陷。1.1.7 凹坑 pitting指涂层和(或)
底金属的局部腐蚀，在某一点或小区域形成空洞1.1.8 起皮 flaking指局部涂层分离，而使底金属显露 2 设备盐雾试验所用设备应包括：a) 带有支撑器件夹具的试验箱。该箱及其附件应彩不会与盐雾发生作用的材料(玻璃、塑料等)制造。在试验 箱内，与试验样品接触的所有零件，应当用不产生电解腐蚀的材料制造。该箱应适当通风，以防止产生“高压” ，并保持盐雾的均匀分布；b) 能适当地防止周围环境条件对盐溶液容器的影响。如需要，为了进行长时间试验，可采用符合试验条件C和D( 见3.2)要求的备用盐溶液容器；c) 使盐液雾化的手段，包括合适的喷嘴和压缩空气或者由20%氧、80%氮组成的混合气体(应防止诸如油和灰尘 等杂质随气体进入雾化器中);d) 试验箱应能加热和控制e) 在高于试验箱温度的某温度下，使空气潮湿的手段；f) 空气或惰性气体于燥器；g) 1倍~3倍、10倍~20倍和30倍~60倍的放大镜。 3 程序3.1 试验箱的维护和初始处理试验箱的清洗是为了保证把会对试验结果产生不良影响的所有物质清除出试验箱。使试验箱工作在(35±3)℃ ，用去离子水或蒸馏水进行必要的清洗。每当容器里的盐溶液用完时，就应当清洗试验箱。某些试验可能在清洗 之前进行，这取决于盛盐溶液的容器的大小和所规定的试验条件(见3.2)。当需要做长时间试验(见3.2的试验
第一章 《静电场 》单元测试题 班级 姓名 一、单项选择题(本题共6小题，每小题5分，共30分) 1．关于电场强度与电势的关系，下面各种说法中正确的是( ) A ．电场强度大的地方，电势一定高 B ．电场强度不变，电势也不变 C ．电场强度为零时，电势一定为零 D ．电场强度的方向是电势降低最快的方向 2．如图1所示，空间有一电场，电场中有两个点a 和b .下列表述正确的是 A ．该电场是匀强电场 B ．a 点的电场强度比b 点的大 C ．a 点的电势比b 点的高 D ．正电荷在a 、b 两点受力方向相同 3．如图2空中有两个等量的正电荷q 1和q 2，分别固定于A 、B 两点，DC 为AB 连线的中垂线，C 为A 、B 两点连线的中点，将一正电荷q 3由C 点沿着中垂线移至无穷远处的过程中，下列结论 正确的有( ) A ．电势能逐渐减小 B ．电势能逐渐增大 C ．q 3受到的电场力逐渐减小 D ．q 3受到的电场力逐渐增大 图2 4．如图3所示，a 、b 、c 为电场中同一条水平方向电场线上的三点，c 为ab 的中点，a 、b 电势分别为φa ＝5 V 、φb ＝3 V ．下列叙述正确的是( ) A ．该电场在c 点处的电势一定为4 V B ．a 点处的场强E a 一定大于b 点处的场强E b C ．一正电荷从c 点运动到b 点电势能一定减少 D ．一正电荷运动到c 点时受到的静电力由c 指向a 图3 5．空间存在甲、乙两相邻的金属球，甲球带正电，乙球原来不带电，由于静 电感应，两球在空间形成了如图4所示稳定的静电场．实线为其电场线， 虚线为其等势线，A 、B 两点与两球球心连线位于同一直线上，C 、D 两 点关于直线AB 对称，则( ) A ．A 点和 B 点的电势相同 B ． C 点和 D 点的电场强度相同 C ．正电荷从A 点移至B 点，静电力做正功 D ．负电荷从C 点沿直线CD 移至D 点，电势能先增大后减小 图4 6．如图5所示，一半径为R 的圆盘上均匀分布着电荷量为Q 的电荷， 在垂直于圆盘且过圆心c 的轴线上有a 、 b 、d 三个点，a 和b 、b 和 c 、 c 和 d 间的距离均为R ，在a 点处有一电荷量为q (q >0)的固定点 电荷．已知b 点处的场强为零，则d 点处场强的大小为(k 为静电力 常量)( )． 图5 A ．k 3q R 2 B ．k 10q 9R 2 C ．k Q ＋q R 2 D ．k 9Q ＋q 9R 2 二、多项选择题(本题共4小题，每小题8分，共32分) 7．下列各量中，与检验电荷无关的物理量是( ) A ．电场力F B ．电场强度E C ．电势差U D ．电场力做的功W 图1
1. What is a wafer? What is a substrate? What is a die? 什么是硅片，什么是衬底，什么是芯片 答：硅片是指由单晶硅切成的薄片；芯片也称为管芯（单数和复数芯片或集成电路）；硅圆片通常称为衬底。 2. List the three major trends associated with improvement in microchip fabrication technology, and give a short description of each trend. 列出提高微芯片制造技术相关的三个重要趋势，简要描述每个趋势 答:提高芯片性能:器件做得越小，在芯片上放置得越紧密，芯片的速度就会提高。 提高芯片可靠性：芯片可靠性致力于趋于芯片寿命的功能的能力。为提高器件的可靠性，不间断地分析制造工艺。 降低芯片成本：半导体微芯片的价格一直持续下降。 3. What is the chip critical dimension (CD)? Why is this dimension important? 什么是芯片的关键尺寸，这种尺寸为何重要 答：芯片的关键尺寸（CD）是指硅片上的最小特征尺寸； 因为我们将CD作为定义制造复杂性水平的标准，也就是如果你拥有在硅片某种CD的能力，那你就能加工其他所有特征尺寸，由于这些尺寸更大，因此更容易产生。 4. Describe scaling and its importance in chip design. 描述按比例缩小以及在芯片设计中的重要性 答：按比例缩小：芯片上的器件尺寸相应缩小是按比例进行的 重要性：为了优电学性能，多有尺寸必须同时减小或按比例缩小。 5. What is Moore's law and what does it predict? 什么是摩尔定律，它预测了什么 答：摩尔定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数，月每隔18个月便会增加1倍，性能也将提升1倍。 预言在一块芯片上的晶体管数大约每隔一年翻一番。 第二章 6. What is the advantage of gallium arsenide over silicon? 砷化镓相对于硅的优点是什么 答：优点：具有比硅更高的电子迁移率；减小寄生电容和信号损耗的特性；集成电路的速度比硅电路更快；材料的电阻率更大。 7. What is the primary disadvantage of gallium arsenide over silicon? 砷化镓相对于硅的主要缺点是什么 答：主要缺点：缺乏天然氧化物；材料的脆性；成本比硅高10倍；有剧毒性在设备，工艺和废物清除设施中特别控制。
南京邮电大学 课内实验报告 课程名：微电子器件设计 任课教师： 专业：微电子学 学号： 姓名： 2014/2015学年第2学期 南京邮电大学电子科学与工程学院
《微电子器件设计》课程实验第 5 次实验报告 实验内容及基本要求： 实验项目名称：MOS晶体管的工艺器件联合仿真 实验类型：验证 每组人数：1 实验内容及要求： 内容：采用Tsuprem4仿真软件对MOS晶体管进行工艺仿真，并采用MEDICI仿真软件对该MOS晶体管进行器件仿真。 要求：能够将工艺仿真软件得到的器件数据输出到某个文件中，并能在器件仿真中调用该文件。会画出并分析器件仿真结果。 实验考核办法： 实验结束要求写出实验报告。内容如下： 1、问题的分析与解答； 2、结果分析，比较不同器件结构参数对仿真结果的影响； 3、器件设计的进一步思考。 实验结果：（附后） 实验代码如下： COMMENT Example 9B - TSUPREM-4/MEDICI Interface COMMENT TSUPREM-4 Input File OPTION DEVICE=PS COMMENT Specify the mesh LINE X LOCATION=0 SPACING=0.20 LINE X LOCATION=0.9 SPACING=0.06 LINE X LOCATION=1.8 SPACING=0.2 LINE Y LOCATION=0 SPACING=0.01 LINE Y LOCATION=0.1 SPACING=0.01 LINE Y LOCATION=0.5 SPACING=0.10
LINE Y LOCATION=1.5 SPACING=0.2 LINE Y LOCATION=3.0 SPACING=1.0 ELIMIN ROWS X.MIN=0.0 X.MAX=0.7 Y.MIN=0.0 Y.MAX=0.15 ELIMIN ROWS X.MIN=0.0 X.MAX=0.7 Y.MIN=0.06 Y.MAX=0.20 ELIMIN COL X.MIN=0.8 Y.MIN=1.0 COMMENT Initialize and plot mesh structure INITIALIZ <100> BORON=1E15 SELECT TITLE=”TSUPREM-4: Initial Mesh” PLOT.2D GRID COMMENT Initial oxide DEPOSIT OXIDE THICKNESS=0.03 COMMENT Models selection. For this simple example, the OED COMMENT model is not turned on (to reduce CPU time) METHOD VERTICAL COMMENT P-well implant IMPLANT BORON DOSE=3E13 ENERGY=45 COMMENT P-well drive DIFFUSE TEMP=1100 TIME=500 DRYO2 PRESS=0.02 ETCH OXIDE ALL COMMENT Pad oxidation DIFFUSE TEMP=900 TIME=20 DRYO2 COMMENT Pad nitride DEPOSIT NITRIDE THICKNESS=0.1 COMMENT Field oxidation DIFFUSE TEMP=1000 TIME=360 WETO2 ETCH NITRIDE ALL COMMENT Vt adjust implant IMPLANT BORON ENERGY=40 DOSE=1E12 ETCH OXIDE ALL COMMENT Gate oxidation DIFFUSE TEMP=900 TIME=35 DRYO2 DEPOSIT POLYSILICON THICKNESS=0.3 DIVISIONS=4 COMMENT Poly and oxide etch ETCH POLY LEFT P1.X=0.8 P1.Y=-0.5 P2.X=0.8 P2.Y=0.5 ETCH OXIDE LEFT P1.X=0.8 P1.Y=-0.5 P2.X=0.8 P2.Y=0.5 DEPOSIT OXIDE THICKNESS=0.02 COMMENT LDD implant IMPLANT PHOS ENERGY=50 DOSE=5E13 COMMENT LTO DEPOSIT OXIDE THICK=0.2 DIVISIONS=10 COMMENT Spacer etch ETCH OXIDE DRY THICK=0.22 COMMENT S/D implant IMPLANT ARSENIC ENERGY=100
课后习题答案 1.1 为什么经典物理无法准确描述电子的状态？在量子力学 中又是用什么方法来描述的？ 解：在经典物理中，粒子和波是被区分的。然而，电子和光子是微观粒子，具有波粒二象性。因此，经典物理无法准确描述电子的状态。 在量子力学中，粒子具有波粒二象性，其能量和动量是通过这样一个常数来与物质波的频率ω和波矢建立联系的，即 c h p h E ηη====υ ω υ 上述等式的左边描述的是粒子的能量和动量，右边描述的则是粒子波动性的频率ω和波矢。 1.2 量子力学中用什么来描述波函数的时空变化规律？ 解：波函数ψ是空间和时间的复函数。与经典物理不同的是，它描述的不是实在的物理量的波动，而是粒子在空间的概率分布，是一种几率波。如果用()t r ,ψ表示粒子的德布洛意波的振幅，以 ()()()t r t r t r ,,,2 ψψψ*=表示波的强度，那么，t 时刻在r 附近的小体 积元z y x ???中检测到粒子的概率正比于()z y x t r ???2,ψ。
1.3 试从能带的角度说明导体、半导体和绝缘体在导电性能上的差异。 解：如图1.3所示，从能带的观点来看，半导体和绝缘体都存在着禁带，绝缘体因其禁带宽度较大(6~7eV)，室温下本征激发的载流子近乎为零，所以绝缘体室温下不能 导电。半导体禁带宽度较小，只有1~2eV ，室温下已经有一定数量的电子从价带激发到导带。所以半导体在室温下就有一定的导电能力。而导体没有禁带，导带与价带重迭在一起，或者存在半满带，因此室温下导体就具有良好的导电能力。 1.4 为什么说本征载流子浓度与温度有关？ 解：本征半导体中所有载流子都来源于价带电子的本征激发。由此产生的载流子称为本征载流子。本征激发过程中电子和空穴是同时出现的，数量相等，i n p n ==00。对于某一确定的半导体材料，其本征载流子浓度为kT E V C i g e N N p n n ==002 式中，N C ，N V 以及Eg 都是随着温度变化的，所以，本征载流子浓度也是随着温度变化的。 1.5 什么是施主杂质能级？什么是受主杂质能级？它们有何异同？
电子科技大学微固学院 标准实验报告 （实验）课程名称微电子器件 电子科技大学教务处制表 电子科技大学 实验报告 学生姓名：学号：指导教师：张有润 实验地点：211楼605 实验时间： 一、实验室名称：微电子器件实验室 二、实验项目名称：晶体管开关特性的测试分析 三、实验学时：3 四、实验原理： 图1 如图1所示，如果在晶体管基极输入一脉冲信号Vi，则基极和集电极电流波型如 图所示。故由图可读出其延迟时间T d 、上升时间T r 、存储时间T s 和下降时间T f 。 晶体管开关时间参数一般是按照集电极电流i C 的变化来定义：?延迟时间t d：从脉冲信号加入到i C上升到0.1I CS。 ?上升时间t r：从0.1I CS上升到0.9 I CS。 ?存储时间t s：从脉冲信号去除到i C下降到0.9 I CS。
?下降时间t f：从0.9 I CS下降到0.1 I CS。 ?其中t d + t r即开启时间、 t s + t f即关闭时间。 五、实验目的： 掌握晶体管开关特性测量原理。并能熟练地运用仪器其对双极晶体管的开关时间进行测试。 六、实验内容： 掌握晶体管开关特性测量原理，用如下实验装置图2观察晶体管输入输出波型，读出各参数。 改变外电路偏置，研究电路偏置对开关时间的影响。 图2 七、实验器材（设备、元器件）： 双踪示波器、脉冲发生器、直流稳压电源、测试盒、9031NPN 八、实验步骤： 1、按上图2连接仪器，校准仪器。 2、上脉冲，记录输入输出波型及NPN的开关参数。
九、实验数据及结果分析： 测量9103NPN的开关参数即：延迟时间T d、上升时间T r、存储时间T s和下降时间T f。 十、实验结论： 通过测试，可以知道：晶体管的开关时间中存储时间比例最高。 十一、总结及心得体会： 晶体管开关时间是衡量晶体管开关速度特性的重要参数。据了解，晶体管开关作用优点如下：控制大功率、直接工作在整流380V市电上的晶体管功率开关，以及简单和优化的基极驱动造就的高性能。从而可以知道它对数字电路的工作频率和整机性能有直接影响。本实验的使我掌握了晶体管开关时间的物理性质和测量原理方法，理解了双极晶体管开关特性的基本参数。促进了我能够结合课本更加直观地认识晶体管开关作用的相关概念，继而提高了自己对于晶体管的学习兴趣，为将来的学术和工作都打下了良好的的实践基础。 十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议： 实验仪器老旧，建议更新。 报告评分： 指导教师签字：
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G J B548B-2005微电子器件试验方法和程序 点击次数：181 发布时间：2011-3-1 14:24:07 GJB 548B-2005 代替 GJB 548A-1996?中华人民共和国国家军用标准微电子器件试验方法和程序Test methods and procedures for microelectronic device 方法盐雾(盐汽) 1 目的 本试验是为了模拟海边空气对器件影响的一个加速的腐蚀试验 术语和定义 1.1.1 腐蚀 corrosion 指涂层和(或)底金属由于化学或电化学的作用而逐渐地损坏 腐蚀部位 corrosion site 指涂层和(或)底金属被腐蚀的部位，即腐蚀位置 腐蚀生成物(淀积物) corrosion product(dcposit)指腐蚀作用的结果(即锈或氧化铁、氧化镍、氧化锡等)。腐蚀生成物可能在原来腐蚀部位，或者由于盐液的流 动或蔓延而覆盖非腐蚀区域。 1.1.4 腐蚀色斑 corrosion stain 腐蚀色斑是由腐蚀产生的半透明沉淀物。 气泡 blister 指涂层和底金属之间的局部突起和分离
针孔 pinhole 指涂层中产生的小孔，它是完全贯穿涂层的一种缺陷。 凹坑 pitting 指涂层和(或)底金属的局部腐蚀，在某一点或小区域形成空洞 起皮 flaking指局部涂层分离，而使底金属显露 2 设备盐雾试验所用设备应包括：a) 带有支撑器件夹具的试验箱。该箱及其附件应彩不会与盐雾发生作用的材料(玻璃、塑料等)制造。在试验 箱内，与试验样品接触的所有零件，应当用不产生电解腐蚀的材料制造。该箱应适当通风，以防止产生“高压” ，并保持盐雾的均匀分布；b) 能适当地防止周围环境条件对盐溶液容器的影响。如需要，为了进行长时间试验，可采用符合试验条件C和D( 见要求的备用盐溶液容器；c) 使盐液雾化的手段，包括合适的喷嘴和压缩空气或者由20%氧、80%氮组成的混合气体(应防止诸如油和灰尘 等杂质随气体进入雾化器中);d) 试验箱应能加热和控制e) 在高于试验箱温度的某温度下，使空气潮湿的手段；f) 空气或惰性气体于燥器；g) 1倍~3倍、10倍~20倍和30倍~60倍的放大镜。 3 程序 试验箱的维护和初始处理试验箱的清洗是为了保证把会对试验结果产生不良影响的所有物质清除出试验箱。使试验箱工作在(35±3)℃ ，用去离子水或蒸馏水进行必要的清洗。每当容器里的盐溶液用完时，就应当清洗试验箱。某些试验可能在清洗 之前进行，这取决于盛盐溶液的容器的大小和所规定的试验条件(见。当需要做长时间试验(见的试验
增强载流子迁移率是新一代微电子器件和电路发展的重要方向 （作者：Xie Meng-xian，电子科技大学微固学院) （1）集成电路发展状况： 作为微电子技术的主体——集成电路，它的发展已经经历了若干个重要阶段，从小规模、中规模，到大规模、乃至超大规模、特大规模等。微电子技术的这种长足的进步，在很大程度上就是在不断努力地缩短场效应器件的沟道长度，这主要是通过改善微电子工艺技术、提高加工水平来实现的。尽管现在沟道长度已经可以缩短到深亚微米、乃至于纳米尺寸了，但是要想再继续不断缩短沟道长度的话，将会受到若干因素的限制，这一方面是由于加工工艺能力的问题，另一方面是由于器件物理效应（例如短沟道效应、DIBL效应、热电子等）的问题。因此，在进一步发展微电子技术过程中，再单只依靠缩短沟道长度就很不现实、甚至也可能了，则必须采用新的材料、开发新的工艺和构建新的器件结构，才能突破因缩短沟道所带来的这些限制。 实际上，从集成电路的发展趋势来看，大体上可以划分为三大阶段： ①K时代（Kbit，KHz）：微细加工的时代（不断缩短有效尺寸）～“微米时代”； ②M时代（Mbit，MHz）：结构革命的时代（不断改进器件和电路结构）～“亚微米时代”； ③G时代（Gbit，GHz）：材料革命的时代（不断开发新材料、新技术）～“10纳米时代”。 现在已经开始进入G时代，因此，在不断开发新技术的同时，特别值得注意的是新材料的开发；不仅要开发新型的半导体材料（例如宽禁带半导体、窄禁带半导体、大极性半导体等），而且也要开发各种新型的辅助材料（例如高K、低K介质材料，Cu电极材料，新型表面钝化材料等）。器件和电路研究者应该多加注意新材料的开发应用；而新材料研究者应该多加注意往器件和电路的应用上下功夫。 在新的材料和工艺技术方面现在比较受到重视的是高介电常数（高K）材料和Cu互连技术。当沟道长度缩短到一定水平时，为了保持栅极的控制能力，就必须减小栅极氧化层厚度（一般，选取栅氧化层厚度约为沟道长度的1/50），而这在工艺实施上会遇到很大的困难（例如过薄的氧化层会出现针孔等缺陷）；因此就采用了高介电常数的介质材料（高K材料）来代替栅极氧化物，以减轻制作极薄氧化层技术上的难度。另外，沟道长度缩短带来芯片面积的减小，这相应限制了金属连线的尺寸，将产生一定的引线电阻，这就会影响到器件和电路的频率、速度；因此就采用了电导率较高一些的Cu来代替Al作为连线材料，以进一步改善器件和电路的信号延迟性能。可见，实际上所有这些高K材料和Cu互连等新技术的采用都是不得已而为之的，并不是从半导体材料和器件结构本身来考虑的。 显然，为了适应器件和电路性能的提高，最好的办法是另辟途径，应该考虑如何进一步发挥半导体材料和器件结构的潜力，并从而采用其他更有效的技术措施来推动集成电路的发展。现在已经充分认识到的一种有效的技术措施就是着眼于半导体载流子迁移率的提高（迁移率增强技术）。 （2）迁移率增强技术： 迁移率（μ）是标志载流子在电场作用下运动快慢的一个重要物理量，它的大小直接影响到半导体器件和电路的工作频率与速度。 对于双极型晶体管而言，高的载流子迁移率可以缩短载流子渡越基区的时间，使特征频率（f T）提高，能够很好的改善器件的频率、速度和噪音等性能。 对于场效应晶体管而言，提高载流子迁移率则具有更加重要的意义。因为MOSFET的最大输出电流——饱和漏极电流I DS可表示为：
WORD 格式整理 GJB 548B-2005 微电子器件试验方法和程序 点击次数： 181 发布时间： 2011-3-1 14:24:07 GJB 548B-2005 代替 GJB 548A-1996 中华人民共和国国家军用标准 微电子器件试验方法和程序 Test methods and procedures for microelectronic device 方法 1009.2盐雾(盐汽) 1目的 本试验是为了模拟海边空气对器件影响的一个加速的腐蚀试验 1.1术语和定义 1.1.1腐蚀corrosion 指涂层和 ( 或 ) 底金属由于化学或电化学的作用而逐渐地损坏 1.1.2腐蚀部位corrosion site 指涂层和 ( 或 ) 底金属被腐蚀的部位，即腐蚀位置 1.1.3腐蚀生成物(淀积物) corrosion product(dcposit) 指腐蚀作用的结果 ( 即锈或氧化铁、氧化镍、氧化锡等 ) 。腐蚀生成物可能在原来腐蚀部位，或者由于盐液的流 动或蔓延而覆盖非腐蚀区域。 1.1.4腐蚀色斑corrosion stain 腐蚀色斑是由腐蚀产生的半透明沉淀物。 1.1.5气泡blister 指涂层和底金属之间的局部突起和分离 1.1.6针孔pinhole 指涂层中产生的小孔，它是完全贯穿涂层的一种缺陷。 1.1.7凹坑pitting 指涂层和 ( 或 ) 底金属的局部腐蚀，在某一点或小区域形成空洞 1.1.8起皮flaking 指局部涂层分离，而使底金属显露
2设备 盐雾试验所用设备应包括： a)带有支撑器件夹具的试验箱。该箱及其附件应彩不会与盐雾发生作用的材料( 玻璃、塑料等) 制造。在试验 箱内，与试验样品接触的所有零件，应当用不产生电解腐蚀的材料制造。该箱应适当通风， 以防止产生“高压” ，并保持盐雾的均匀分布； b)能适当地防止周围环境条件对盐溶液容器的影响。如需要，为了进行长时间试验，可采 用符合试验条件 C 和 D( 见 3.2) 要求的备用盐溶液容器； c)使盐液雾化的手段，包括合适的喷嘴和压缩空气或者由 20%氧、80%氮组成的混合气体 ( 应防止诸如油和灰尘 等杂质随气体进入雾化器中); d)试验箱应能加热和控制 e)在高于试验箱温度的某温度下，使空气潮湿的手段； f)空气或惰性气体于燥器； g)1 倍 ~3 倍、 10 倍~20 倍和 30 倍 ~60 倍的放大镜。 3 程序 3.1试验箱的维护和初始处理 试验箱的清洗是为了保证把会对试验结果产生不良影响的所有物质清除出试验箱。使试验箱工作在 (35 ±3) ℃ ，用去离子水或蒸馏水进行必要的清洗。每当容器里的盐溶液用完时，就应当清洗试验箱。 某些试验可能在清洗 之前进行，这取决于盛盐溶液的容器的大小和所规定的试验条件( 见 3.2) 。当需要做长时间试验 ( 见 3.2 的试验 条件 C 和 D)时，盛盐溶液的容器可采用备用的容器来补充，以便试验不中断。清洗后，试 验箱开始工作时，盐溶
微电子器件试验二极管高低温特性测试及分析 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】
电子科技大学微固学院 标准实验报告 （实验）课程名称微电子器件 电子科技大学教务处制表 电子科技大学 实验报告 学生姓名：学号：指导教师：张有润 实验地点： 211楼605 实验时间： 一、实验室名称：微电子器件实验室 二、实验项目名称：二极管高低温特性测试及分析 三、实验学时：3 四、实验原理： 1、如图1，二极管的基本原理是一个PN结。具有PN结的特性——单向导电 性，如图2所示。 图 1 二极管构成原理 2、正向特性：二极管两端加正向电压，产生正向电流。正向电压大于阈值电压时，正向电流急剧增加，如图2 AB段。 3、反向特性：二极管两端加上反向电压，在开始的很大范围内，反向电流很小，直到反向电压达到一定数值时，反向电流急剧增加，这种现象叫做反向击穿，此时对应电压称为反向击穿电压。 4、温度特性：由于二极管核心是PN结，导电能力与温度相关，温度升高，正向特性曲线向左移动，正向压降减小；反向特性曲线向下移动，反向电流增大。
图 2 二极管直流特性 五、实验目的： 学习晶体管图示仪的使用，掌握二极管的高低温直流特性。 六、实验内容： 1、测量当二极管的正向电流为100A时的正向导通压降； 2、测试温度125度时二极管以上参数，并与室温下的特征参数进行比较。 七、实验器材（设备、元器件）： 二极管、晶体管特性图示仪、恒温箱 八、实验步骤： 1、测晶体管的正向特性。各旋钮位置为： ?峰值电压范围 0~10V ?极性（集电极扫描）正（+） ?功耗限制电阻 ~1kΩ（适当选择） ?x轴作用电压0 .1V/度 ?y轴作用电流10A/度 2、测晶体管的反向特性。各旋钮位置为： ?峰值电压范围 0~10V ?极性（集电极扫描）正（+） ?功耗限制电阻 10k~100kΩ（适当选择） ?x轴作用电压1V/度 ?y轴作用电流A/度 3、对高温时的二极管进行参数测量。 九、实验数据及结果分析： 实验数据： 十、实验结论：
电子科技大学微固学院 标准实验报告（实验）课程名称微电子器件 电子科技大学教务处制表 电子科技大学 实验报告 学生姓名：学号：指导教师：张有润 实验地点： 211楼605 实验时间： 一、实验室名称：微电子器件实验室 二、实验项目名称：二极管高低温特性测试及分析 三、实验学时：3 四、实验原理： 1、如图1，二极管的基本原理是一个PN结。具有PN结的特性——单向导电性，如图2所示。 图 1 二极管构成原理 2、正向特性：二极管两端加正向电压，产生正向电流。正向电压大于阈值电压时，正向电流急剧增加，如图2 AB段。
3、反向特性：二极管两端加上反向电压，在开始的很大范围内，反向电流很小，直到反向电压达到一定数值时，反向电流急剧增加，这种现象叫做反向击穿，此时对应电压称为反向击穿电压。 4、温度特性：由于二极管核心是PN结，导电能力与温度相关，温度升高，正向特性曲线向左移动，正向压降减小；反向特性曲线向下移动，反向电流增大。 图 2 二极管直流特性 五、实验目的： 学习晶体管图示仪的使用，掌握二极管的高低温直流特性。 六、实验内容： 1、测量当二极管的正向电流为100?A时的正向导通压降； 2、测试温度125度时二极管以上参数，并与室温下的特征参数进行比较。 七、实验器材（设备、元器件）： 二极管、晶体管特性图示仪、恒温箱 八、实验步骤： 1、测晶体管的正向特性。各旋钮位置为： ?峰值电压范围 0~10V ?极性（集电极扫描）正（+） ?功耗限制电阻 0.1~1kΩ（适当选择） ?x轴作用电压0 .1V/度
?y轴作用电流10?A/度 2、测晶体管的反向特性。各旋钮位置为： ?峰值电压范围 0~10V ?极性（集电极扫描）正（+） ?功耗限制电阻 10k~100kΩ（适当选择） ?x轴作用电压1V/度 ?y轴作用电流0.1?A/度 3、对高温时的二极管进行参数测量。 九、实验数据及结果分析： 实验数据： 图 3 常温二极管直流特性 十、实验结论：
第一章： 1、电子器件微型化和大规模集成的含义是什么？其具有怎样的实际意义。 答：电子器件微型化主要是指器件的最小尺寸，也就是特征尺寸变小了。大规模集成是指在单个芯片上所继承的电子器件数量越来越多。 电子器件微型化和大规模集成的意义： 1）提高速度和降低功耗只有提高集成度，才能减少电子系统内部的连线和最大限度地减少封装管壳对速度的影响。提高速度和提高集成度是统一的，前者必须通过后者来实现。同时采用低功耗、高速度的电路结构（器件结构） 2）提高成品率与可靠性大规模集成电路内部包含的大量元件都已彼此极其紧密地集成在一块小晶片上，因此不像中、小规模集成电路组成的电子系统那样，由于元件与元件，或电路与电路之间装配不紧密，互连线长且暴露在外，易受外界各种杂散信号的干扰，所以说大规模集成电路提高了系统可靠性。 为了提高为电子器件的成品率，需要在少增加电路芯片面积的前提下尽可能容纳更多的电子元件，也就是采取提高元件密度的集成方法。 3）低成本大规模集成电路制造成本和价格比中、小规模集成电路大幅度下降是因为集成度和劳动生产率的不断提高。 综上所述，大规模和超大规模集成电路的微型化、低成本、高可靠和高频高速四大特点，正是电子设备长期追求的技术指标和经济指标，而这四大特点中后三个特点皆源于微型化的特点。因此这四大特点是统一的、不可分割的。 2、超大规模集成电路面临哪些挑战？ 答：首先是大直径的硅材料, 随着集成电路技术的发展，硅单晶直拉生产技术，在单晶尺寸、金属杂质含量、掺杂元素和氧分布的均匀性及结晶缺陷等方面得到了不断的改进。目前，通常使用的硅单晶抛光片的直径已达到300mm，400mm硅单晶片的制造也已经开始。如何控制400mm晶体中点缺陷将是面临的重大挑战。 其次是光刻技术：在微电子制造技术中，最为关键的是用于电路图形生成和复制的光刻技术。更短波长光源、新的透镜材料和更高数字孔径光学系统的加工技术，成为首先需要解决的问题；同时，由于光刻尺寸要小于光源波长，使得移相和光学邻近效应矫正等波前工程技术成为光学光刻的另一项关键技术。 最后是器件工艺。当器件的沟道长度缩小到0.1um时，已开始逼近传统的半导体物理的极限。随之而来的是栅氧化层不断减薄，SiO2作为传统的栅氧化层已经难以保证器件的性能。同时随着半导体器件工艺的特征尺寸不断地缩小，芯片内部的多层内连线工艺也逐渐成为半导体工艺发展的挑战。 3、阐述微电子学概念及其重要性。 答：微电子学是研究在固体(主要是半导体)材料上构成的微小型化电路、子系统及系统的电子学分支。 微电子学作为电子学的一门分支学科，主要是研究电子或离子在固体材料中的运动规律及其应用，并利用它实现信号处理功能的科学。 微电子学是以实现电路和系统的集成为目的的，故实用性极强。微电子学中所实现的电路和系统又称为集成电路和集成系统。 微电子学是信息领域的重要基础学科，在信息领域中，微电子学是研究并实现信息获取、传输、存储、处理和输出的科学，是研究信息载体的科学，构成了信息科学的基石。其发展水平直接影响着整个信息技术的发展。 微电子科学技术是信息技术中的关键之所在，其发展水平和产业规模是一个国家经济实力的重要标志。
GJB 548B-2005 微电子器件试验方法和程序 点击次数：181 发布时间：2011-3-1 14:24:07 GJB 548B-2005 代替 GJB 548A-1996 中华人民共和国国家军用标准 微电子器件试验方法和程序 Test methods and procedures for microelectronic device 方法 1009.2 盐雾(盐汽) 1 目的 本试验是为了模拟海边空气对器件影响的一个加速的腐蚀试验 1.1 术语和定义 1.1.1 腐蚀 corrosion 指涂层和(或)底金属由于化学或电化学的作用而逐渐地损坏 1.1.2 腐蚀部位 corrosion site 指涂层和(或)底金属被腐蚀的部位，即腐蚀位置 1.1.3 腐蚀生成物(淀积物) corrosion product(dcposit) 指腐蚀作用的结果(即锈或氧化铁、氧化镍、氧化锡等)。腐蚀生成物可能在原来腐蚀部位，或者由于盐液的流 动或蔓延而覆盖非腐蚀区域。 1.1.4 腐蚀色斑 corrosion stain 腐蚀色斑是由腐蚀产生的半透明沉淀物。 1.1.5 气泡 blister 指涂层和底金属之间的局部突起和分离 1.1.6 针孔 pinhole 指涂层中产生的小孔，它是完全贯穿涂层的一种缺陷。 1.1.7 凹坑 pitting 指涂层和(或)底金属的局部腐蚀，在某一点或小区域形成空洞 1.1.8 起皮 flaking 指局部涂层分离，而使底金属显露
2 设备 盐雾试验所用设备应包括： a) 带有支撑器件夹具的试验箱。该箱及其附件应彩不会与盐雾发生作用的材料(玻璃、塑料等)制造。在试验 箱内，与试验样品接触的所有零件，应当用不产生电解腐蚀的材料制造。该箱应适当通风，以防止产生“高压” ，并保持盐雾的均匀分布； b) 能适当地防止周围环境条件对盐溶液容器的影响。如需要，为了进行长时间试验，可采用符合试验条件C和D( 见3.2)要求的备用盐溶液容器； c) 使盐液雾化的手段，包括合适的喷嘴和压缩空气或者由20%氧、80%氮组成的混合气体(应防止诸如油和灰尘 等杂质随气体进入雾化器中); d) 试验箱应能加热和控制 e) 在高于试验箱温度的某温度下，使空气潮湿的手段； f) 空气或惰性气体于燥器； g) 1倍~3倍、10倍~20倍和30倍~60倍的放大镜。 3 程序 3.1 试验箱的维护和初始处理 试验箱的清洗是为了保证把会对试验结果产生不良影响的所有物质清除出试验箱。使试验箱工作在(35±3)℃ ，用去离子水或蒸馏水进行必要的清洗。每当容器里的盐溶液用完时，就应当清洗试验箱。某些试验可能在清洗 之前进行，这取决于盛盐溶液的容器的大小和所规定的试验条件(见3.2)。当需要做长时间试验(见3.2的试验 条件C和D)时，盛盐溶液的容器可采用备用的容器来补充，以便试验不中断。清洗后，试验箱开始工作时，盐溶
基于微电子器件的可靠性分析 发表时间：2016-11-08T10:25:33.353Z 来源：《电力设备》2016年第16期作者：宋健 [导读] 若夹断层的热载流子与声子碰撞，热载流子会进入到栅氧化层，引起阀值电压飘逸，造成整个电路性能的缺失或不灵敏。 （潍坊科技学院） 摘要：近年来人们对于电子器件的要求越来越高，集成度要求高，造成电流密度的增加，对电子元件的耐压和公路容量的要求也在提高。集成度高，电流密度增加，最频繁的工作量下，其器件的热分布也会有很大的变化，会造成电子元件的失效甚至损坏。加强电子元件的可靠性，成为越来越重要的命题。本文针对微电子器件的可靠性进行了分析。 关键词：基于微电子器件的可靠性分析 随着电子信息产业的发展越来越快，微电子技术水平不断提高，对于微电子技术来说，电子产品的微型化，需要材料的支持，随着电子产品的缩小，相关物件想要达到一定的性能，会受到物理条件的制约，但微电子器件又需要朝着高集成度、高速度、高可性等方向发展，功能要求也需要日益强大。这就需要提高微电子器件的可靠性，保证电子产品的正常运行。 1影响微电子器件可靠性的主要因素 1.1热载流子效应，影响微电子器件的可靠性 热载流子效应是影响微电子电路失效的重要因素之一。集中度过高，造成电流密度的增加，器件中电荷的分布被改变，导致器件性能灵敏度下降甚至失效。与此同时，热载流子效应会对集成电路的集成度及电路和器件的可靠性造成影响。产生雪崩倍增效应、阀值电压飘逸、MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)性能退化、寄生晶体管效应。雪崩倍增效应产生于热载流子与价电子之间的碰撞，一般在小尺寸的MOSFET中，因为源一漏电压的升高以及沟道长度的变化，夹断层会相应的产生变化。若夹断层的热载流子与声子碰撞，热载流子会进入到栅氧化层，引起阀值电压飘逸，造成整个电路性能的缺失或不灵敏。 1.2金属化和点的迁移，也会影响微电子器件的可靠性 金属原子发生扩散和迁移的物理现象是电迁移。电迁移使得原子不断的聚集，另一侧则形成空洞，原子的聚集造成导电截面的缩小，于此同时导电截面的缩小又造成原子的聚集，最终导致器件完全的失效。直流电在电子器件中作用于金属，会引起金属中离子位置的变动，这种电迁移现象，首先表现的是电阻的变化，进而影响金属膜局部出现破洞，或者是局部金属膜的堆积，造成电路的连线或者完全失效，影响器件的使用时间。 在我们日常生活中会碰到的静电，在电子器件中也存在，并会对器件可靠性造成影响。静电放电在传统的微电子器件中相对能量较小，可能造成的后果和影响并不明显，一般不被人觉察，但是在高密度的微电子器件中，因为电流密度的倍增，可能造成的静电远远超过了传统的微电子器件，在高密度的微电子器件中，因为静电电场变化和静电放电电流会引起微电子器件内部各个部分失衡，导致设备无法正常运转。 静电放电直接或者间接地都会对电子器件本身造成伤害。直接损伤由电流产生的功耗引起，它会熔化器件的一部分造成故障，电子器件无法正常运转，影响设备的部分功能，或使设备无法正常工作。温度是造成电子器件出现问题的直接原因，但是造成其温度变化的正是静电放电，造成器件内部原子分布问题，电离子移动、聚集，同时静电放电本身也会产生散热对器件造成永久性的伤害。焦耳热是因为静电放电造成的后果，焦耳热产生的温度上升会使金属膜融化，当到达一定熔点，精密的电子器件中的长丝可能会被击断，导致开路，更为严重的情况是，结漏电流会同时使得结细丝、结尖刺及其金属都被融化。与此同时，静电放电还可能在绝缘层发生作用，发生绝缘层的击穿。潜在损伤因为电荷的变化导致器件晶体管电流电压的变化，使电路出现退化，但是整个器件并不会出现功能的失效，只是器件内部电路的退化，但是潜在的损害，在我们发现问题时，更加的难以处理，因为我们并不能确定到底是哪个部分出现的问题。 2栅氧化层及栅氧击穿 因为微电子技术向微型化发展造成基层电路细微化，栅氧化层越来越薄，而电源电压却保持定值，这就对栅氧化层提出了新的要求。如果栅氧化层的导电性能和抗电性能出现问题，那么整个电子器件的安全性都将成为突出问题。这个模型图可以看出有关氧化层TDDB的问题，正确的认识氧化层的寿命。 3微电子器件可靠性的提升措施 3.1抑制热载流子效应，由上文所述我们已经知道热载流子产生的原因及如何对电子器件造成损害。针对其原因，①要对电子器件的制作和设计提高要求。减少漏结附近的电场，可使热载流子发射的可能性降低。要改善栅氧化层的质量，②采用更加先进的技术，有效的降低热载流子的陷进密度及俘获截面，减少原子被截留的数量，进而减少由于热载流子进入到栅氧化层而对器件性能的影响。③采用新的结构模式，如低掺杂漏结构等，可提高击穿电压，减少可能会发生碰撞的电离。④可在电路和版画设计上采取如采用钳位器件或适当增大宽长比等措施。 3.2改善金属化问题，首先要解决界面效应，因为器件性能的提高，热电应力在器件金属化单位面积上不断增大，导致金属与金属、金属与半导体之间的界面扩散及反应的几率增大或许会形成金属与金属的高阻化合物，上层金属穿过阻挡层进人半导体中也可能使器件漏电增大或结短路。因此，界面效应成为目前急需解决的问题。解决界面效应最有效的方法是选择一个合适的阻挡层。事实上，为了防止金属与金属以及金属与半导体的反应及扩散，引人了金属阻挡层。TiN熔点高，热稳定性和化学稳定性好，有极高的硬度和较低的电阻率，干法