电子迁移

从属现象

“电子迁移(Electric mess move)”是上世纪50年代斯茂·斯迪尤德恩在微电子科学领域发现的一种从属现象,指因电子的流动所导致的金属原子移动的现象。因为此时流动的“物体”已经包括了金属原子,所以也有人称之为“金属迁移”,其中最经典的实验是“尤金实验”。

产品介绍
在电流密度很高的导体上,电子的流动会产生不小的动量,这种动量作用在金属原子上时,就可能使一些金属原子脱离金属表面到处流窜,结果就会导致原本光滑的金属导线的表面变得凹凸不平,造成永久性的损害。这种损害是个逐渐积累的过程,当这种“凹凸不平”多到一定程度的时候,就会造成CPU内部导线的断路与短路,而最终使得CPU报废。温度越高,电子流动所产生的作用就越大,其彻底破坏CPU内一条通路的时间就越少,即CPU的寿命也就越短,这也就是高温会缩短CPU寿命的本质原因。
尤金实验
尤金实验是斯茂·斯迪尤德恩在哈弗大学实验室内所做的一组实验,主要证明了电子迁移对于CPU寿命的影响
当电流小于50mA时,CPU的温度分布是这样的:
但当电流增加至60mA至最大时,温度分布图则变成了
从上图可以看出,当电流增大时,电阻不变而变化量Δn增大时,焦耳值也越大,温度也越高
公式为:J=
因此,电子迁移发生在体积以及表面上的样品和测量的寿命是一个有效的寿命(τEFF),它取决于体寿命(τB)在表面的复合速率(τS)。也就是有效寿命值了
在散装材料的载流子或Shockley Read Hall(SRH)通过陷阱内半导体PN结空穴的能隙。在物质体τB的载流子寿命是由辐射寿命τrad、寿命τ和SRH寿命τSRH共同决定:
电子迁移是直接带空隙半导体中空穴的动量机制。由空穴产生的不可见光是半导体器件中动量的最明显的例子。辐射复合的关键特性:
电子与导带中的空穴直接结合,释放电子;
载流子在半导体中移动到能级上的速率取决于所引入的能级的距离。因此,如果能引入接近于带边,重组是不太可能的电子可能会重新‑发射到导带边有一个洞,而不是重新进入同一能量状态从价带。由于这个原因,靠近中间间隙的能级对重组非常有效。这种重组中心的效果可以用肖克利读霍尔模型(Hall, 1952; Shockley and Read, 1952).进行适当的描述。在一般情况下,复合中心位于中间附近的能隙,可以简化为少数载流子寿命更清楚地显示对载流子的流动水平的依赖
SRH表达:
图像表达:
电子迁移定义
电流强度很高的导体上,最典型的就是集成电路内部的电路,电子的流动带给上面的金属原子一个动量(momentum),使得金属原子脱离金属表面四处流动,结果就导致金属导线表面上形成坑洞(void)或土丘(hillock),造成永久的损害,这是一个缓慢的过程,一旦发生,情况会越来越严重,到最后就会造成整个电路的短路(short),整个集成电路就报销了。
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