Виды повреждений полупроводниковых изделий и их элементов

УДК 621.3.049.774
ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИЗДЕЛИЙ
И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ РАЗРЯДОВ
БОГАТКО И.Н.
Научные руководители – канд.техн.наук, доцент Алексеев В.Ф.,
канд.техн.наук, доцент Пискун Г.А.
Рассмотрено влияние электростатических разрядов на полупроводниковые элементы.
Описаны дефекты ППП при воздействии разрядов импульсов, причины и виды
появления повреждений, вызванные ЭСР.
Электронная аппаратура постоянно подвергается воздействию дестабилизирующих
факторов. Любое влияние на изделие может приводить к изменениям в работе устройства:
от отклонений эксплуатационных параметров до отказов, поломок и разрушения
входящих в ее состав элементов. Изучение воздействия такого фактора как
электростатический разряд (ЭСР) позволит обеспечивать защитные меры еще на этапе
проектирования изделий полупроводниковой промышленности. Важным аспектом
исследования является классификация и систематизация возможных воздействий
электростатического разряда.
Влияние ЭСР принято подразделять на непосредственное и косвенное. Первый тип
влияния соответствует эффектам, связанным с инжекцией заряда во время разрядного
импульса, второй – с электрическими и магнитными полями, порождаемыми токами
разряда [1, 2].
Дефекты полупроводниковых приборов (ППП) при непосредственном воздействии
разрядов импульсов, причины их появления и взаимосвязи представлены на рисунке 1.
Рисунок 1 – Дефекты полупроводниковых приборов и причины их появления [2]
Немаловажным аспектом исследования воздействия статического электричества
является энергия, выделяемая ЭСР. Она обычно находится в пределах десятков и сотен
микроджоулей, при этом ее оказывается достаточно для повреждения ППП вследствие
исключительно малого времени нарастания импульса тока [2]. Непосредственно перед
разрядом и в течение первых десятков наносекунд действует наведённое высокое
напряжение, являющееся источником тока, так на изделие действует потенциал
электрического заряда и ток разряда [3]. У ППП после ЭСР могут встречаться два типа
повреждений: катастрофические и скрытые. Первые обнаруживаются наиболее легко, так
как повреждённые изделия не выполняют своих функций. Вторые, затрагивающие только
один из параметров: усиление, утечку и т.д., или вызывающие некоторые изменения
начальных характеристик (иногда не выходящих за рамки допустимых отклонений),
обнаружить труднее – они проявляются лишь в результате повторяющихся разрядов или в
процессе эксплуатации [3].
При разрядном импульсе непосредственно через ППП возникает электрическая
цепь, проходящая через элементы прибора. В таблице 1 представлены виды воздействия
ЭСР на элементы структуры и конструкции ППП.
Таблица 1 – Виды повреждений элементов ППП после воздействия ЭСР [1]
Элементы ППП
Виды повреждений
Внутренние выводы
Разогрев вывода протекающим током. Искровой разряд между выводом
и корпусом. Электродинамическое взаимодействие токов вывода
и траверсы
Токоведущие дорожки
Расплавление дорожек протекающим током
Переходы биполярного
Полный пробой перехода. Локальный пробой
транзистора
Затвор МДП структуры
Пробой диэлектрика
Пассивные элементы
Перегорание металлизации. Поверхностный пробой
Стоит отметить, что за редким исключением возникает искровой разряд между
внутренними выводами и корпусом изделия, тогда часть элементов цепи может оказаться
шунтированной образующимся искровым промежутком [1].
Разрядный импульс при косвенном воздействии рассматривается как источник
электромагнитных помех (ЭМП). При этом различают кондуктивные (наводятся в шинах
питания, заземления и т.д.) и излучаемые помехи (разряд происходит вблизи устройства
или системы). Излучаемые ЭМП обычно не приводят к прямому повреждению ППП, в
основном сопровождаются сбоями и нарушением функционирования [2].
Список использованных источников
[1] Каверзнев, В.А. Статическое электричество в полупроводниковой
промышленности / В.А. Каверзнев. – М. : Энергия, 1975. – 114 с.
[2] Кечиев, Л.Н. Защита электронных средств от воздействия статического
электричества / Л.Н. Кечиев, Е.Д. Пожидаев. – М. : «Технологии», 2005. – 352 с.
[3] Горлов, М. Воздействие электростатических разрядов на интегральные схемы /
М. Горлов, А. Строгонов, К. Адамян // Компоненты и технологии. – 2008. – № 3. – С. 188–
192.
Алексеев Виктор Федорович
Доцент кафедры проектирования информационно-компьютерных систем, канд. техн. наук,
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, г. Минск
Тел.: +375(17) 293-22-07
E-mail: [email protected]
Пискун Геннадий Адамович
Доцент кафедры проектирования информационно-компьютерных систем, канд. техн. наук,
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, г. Минск
Тел.: +375(17) 293-20-80
E-mail: [email protected]
Богатко Иван Николаевич
Магистрант кафедры проектирования информационно-компьютерных систем
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, г. Минск
Тел.: +375(29) 259-47-70
E-mail: [email protected]