电迁移

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电迁移英语Electromigration[1]是由于通电导体内的电子运动,把它们的动能传递给导体的金属离子,使离子朝电场反方向运动而逐渐迁移,导致导体的原子扩散,损失的一种现象。由法国科学家伽拉丁约在100年前发现的。但到1966年出现集成电路后,才有更多人对它进行研究。

公式[编辑]

1969年摩托罗拉公司吉姆·贝勒克的研究取得很重要的结果[2],得出由于电迁移而使电路失效的平均时间T的公式为:

 T=A/J的N次方·e 的E(a)/kt次方
 这里:A:与横截面积有关的常数
       J:电流密度
       N:无量纲因子,一般取2;
       E(a):电迁移的激活能;
       k:波尔兹曼常数;
       t:温度。

影响[编辑]

电流密度是一个由设计而定的参数,影晌电迁移的重要物理因素主要有温度、导线的宽度和导线的长度。

当电迁移效应出现时,由于离子流的不对称性,可造成二种电线路的失败:

  • 当流走的离子通量超过流入离子通量时;形成空缺,造成开断电路。
  • 当流入离子流超过流出离子流时,出现“小山丘”,造成电路短路。

发展[编辑]

由于科学技术的快速发展,集成电路的密度不断提高,现已发展到应用纳米技术阶段,从2004年到2020年集成电路的三个主要参数就可看出它现在的发展趋势:

  • 电流密度由1·10四次A/cm平方到3·10的七次方A/cm平方;
  • 线宽由90nm变小到15nm;
  • 线长由1km/cm平方增大到7km/cm平方.

在这样高密度的集成电路要求下,如何避免电迁移效应的发生是一个首先要考虑的问题。

参考文献[编辑]

  1. ^ Black J.R.(April 1969)"Electromigration-A Brief Survey and Some Recent Results" IEEE Trans.on Electron Devices 16(4) 338-347
  2. ^ Black J.R.(September 1969)"Electromigration Failure Modes in Aluminium Metallization for Semiconductor Devices" Proc.of the IEEE 57(9): 1587-94