Ag电化学迁移引发肖特基二极管烧毁的失效机理分析
电子元器件失效机理
摘要：电子元器件被广泛的应用于人们的生产和生活的各种装置中，是社会进步发展必不可少，具有极为重要的作用。
然而各类电子元器件在使用过程中不可避免地会出现失效现象。
因此分析元器件失效原因和老化机理，并提出可行的老化方法就显得尤为重要。
关键字：老化机理，失效原因Abstract：Electronic components are widely used in people's production and life, is essential for social progress and development, an extremely important role. However, the use of various electronic components will inevitably occur during the failure phenomenon. Therefore, the aging analysis of the causes and mechanisms of component failure, and put forward feasible method of aging is particularly important.Keyword：Aging mechanisms，failure causes1引言电子元器件在各种电子产品中有广泛的应用。
电子产品都有一定的使用寿命，这与电子元器件的寿命密切相关。
电子元器件在使用的过程有可能出现故障，即失去了原有的功能，从而使电子产品失效。
电子产品的应用十分的广泛，是生产生活所不能缺少的重要部分。
因此研究电子元器件的失效原因和老化机理，并提出可行的老化方法就具有重要意义。
老化是一种方法，即给电子元器件施加环境应力试验。
若了解电子元器件的老化机理就能提出可靠的老化，就可以剔除产生出有缺陷将会早期失效的元器件，因而保证了出产产品的使用寿命。
GaAsPHEMT器件的失效模式及机理
路 可 靠性 。
Ｄ Ｎ ＩＨ ＮＩ Ｋ ＫＯ Ｉ Ｕ Ｕ ＮＩ Ｉ Ｎ Ｉ ｚＣ Ａ Ｐ Ｅ Ａ Ｘ ＧＹ Ｈ Ａ Ｊ ＧＳ Ｙ Ａ Ｎ Ｎ Ｎ ＨＡ １ ９
维普资讯
电子 产 品 可 靠 性 与 环 境试 验
２ ０ 年 ｏ７
可归 结 为不 同失 效机 理 的表 现形 式 。Ｇ Ａｓ Ｈ ＭＴ ａ Ｅ Ｐ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ａ ｉ ａｌｒ ｄ ｓｏ ＡｓＰ ＭＴ ｒ ｕ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｅｂ ｓｃｆｉ ｅ ｍｏ ｅ ｆ ｕ Ｇａ ＨＥ ｓａ ｅｓ ｍｍａｉｅ ． ｉ ａｌｒ ｃ ａ ｉｍｓａｅ ｒｚ ｄ Ｓｘ ｆｉ ｅｍｅ ｈ ｎｓ ｒ ｕ
ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ， ｉ ｌ ｄｉ ｇ ｈ ｔｅ ｅ ｔｏ ｇ ａ ａ ｉ ｎ， ｈ ｄｒ ｇ ｎ ｅ ｆ ｃ ， ｔ ｅ ２ＤＥＧ ｔｕ ｔ ｒ ｅ ｒ ｄ ｔｏ ｒｓ ｎｅ ｎｃｕ ｎ ｏ ｌ ｃｒ ｎ ｄｅ ｒ ｄ ｔｏ ｙ ｏ ｅ ｆｅ ｔ ｈ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｄ ｇ ａ ａ ｉｎ， ｏ ｍｉ ｏ ｔｃ ｅ ａ ａ ｉｎ， ｓ ｈ ｔ ｙ ｃ ｎｔｃ ｅ ｒ ｄ ｔｏ ｎ ｌ ｃｒ ｎ ｍｉ ａｉ ｎ． ｈ ｃ ｃ ｎ ａ ｔｄ ｇ ｄ ｔｏ ｒ ｃ ｏ ｔ ｏ ａ ｔｄ ｇ ａ ａ ｉｎ ａ ｄ ｅｅ ｔｏ ｇ ｔｏ ｋ ｒ
ＸＵ Ｙ ｎ＇ Ｈ Ａ Ｇ Ｙｕ Ｅ Ｇ Ｗｅ ．ｉ ａ ２ Ｕ Ｎ ｎ，Ｄ Ｎ ｎ ｊ
（ ． ｏｔ ｈｎ ｎｖ ｒ ｔ ｏ ｅｈ ｏ ｇ ，Ｇ ａ ｇｈｕ５ ４ ，Ｃ ｉａ １ Ｓ ｕｈＣ ｉａＵ ｉｅｓ ｙ ｆ ｃｎ ｌ ｙ ｉ Ｔ ｏ ｕ ｎｚ ｏ ６ ０ ｈｎ ； １ ０ ２ Ｃ Ｐ Ｅ ，Ｇ ａ ｇｈ ｕ５ ０ １ ，Ｃ ｉａ ． Ｅ Ｒ Ｉ ｕ ｎ ｚｏ １ ６ ０ ｈｎ ）
肖特基二极管击穿的原因
肖特基二极管击穿的原因
肖特基二极管（Schottky diode）是一种特殊的二极管，其击穿是指在正向偏置状态下，电压超过一定阈值时，电流突然急剧增加的现象。
肖特基二极管的击穿原因可以从以下几个方面进行解释。
肖特基二极管击穿的原因之一是电场击穿。
当电压升高到一定程度时，由于电子在P区与N区的结界面上发生冲击电离，产生了大量的自由电子和空穴，使得电流急剧增加。
在击穿时，电子和空穴的冲击电离过程会形成一个电流浪涌，导致击穿电流迅速上升。
肖特基二极管击穿的原因还可以归因于热击穿效应。
当正向偏置电压升高时，由于电子在N区的能量增加，电子与晶格的碰撞频率也随之增加。
当电子与晶格碰撞的能量转移超过晶格的散热能力时，晶格温度会急剧升高，进而导致晶体的热击穿。
肖特基二极管的击穿还可能与电子的隧穿效应有关。
在正向偏置状态下，当电子能量高于N区的费米能级时，电子可以通过隧穿效应穿越PN结，形成电流。
当电压升高到一定程度时，隧穿效应会变得更加显著，电流也会急剧增加，从而引起击穿现象。
肖特基二极管的材料特性也会影响其击穿特性。
肖特基二极管的结界面由金属与半导体形成，金属的导电性较好，而半导体的导电性较差。
这种材料特性使得肖特基二极管具有较低的击穿电压，即在较低的电压下就会发生击穿现象。
肖特基二极管击穿的原因主要包括电场击穿、热击穿效应、电子隧穿效应以及材料特性。
这些原因共同作用导致了肖特基二极管在正向偏置状态下电压超过一定阈值时的击穿现象。
了解这些击穿原因有助于我们更好地理解肖特基二极管的工作原理和应用。
GaN基发光二极管寿命测试及失效分析
出功率下降到初始光输出功率的 ５％所经历的加 ０
速老化时间。在实验中， 由于光输出功率是器件的 退化参数， 我们按照一定的时间间隔对被老化的器 件测量其变化情况。一Ｓ Ｖ下的反向漏电流也作为 重要的参数加以研究。同时， 观察了器件老化过程 中电流一 电压（ Ｖ） 于 特性， 尤其是串联电阻的变化情 况。在本试验中器件的光学特性 由 ２ ｍ 固定 电 ０ Ａ
Ｉ ｒ ， ，月甲 ． ＝ 二 巴 ， ． 毛 泛， 一 ， ” ， －１ 二 工 ， 一 ￣ 一， ， ￣ ｎ ｗ 一￣ 网 ，．． ． 泛 ， ． ｅ
力一般包括热应力和电流应力闭。本文在对器件施 加加速电应力下， 在不同的时间观察其光输出功率
的变化及正向电压 的改变 ， 电应力选择 了正常工作
却有着相当长的寿命川。早期的可靠性研究认为， 封装材料的退化是器件退化的主要因素［ 。但随着 ］ ６
封装工艺的进步， 人们逐渐开始研究器件本身的退 化机理［“ ７。 ， 〕 Ｇ Ｎ基发光二极管有相当长的寿命 ， ａ 日亚公司
ｌ ０ １ ０
６ ０
７
以初始光输出功率和正向电压为参考， 对每次 测量的数据进行归一化处理 ， 每一组实验数据其相 对光输出功率是时间的指数函数 ， 可表示为
１ｈ ／
２ 试验及数据分析
本试验所采用 的外延片是 以蓝宝石为衬底的
图 １ 不 同电流老化器件的归一化光输 出功率 （ 统计平均
值） 随时间的变化 曲线
ＧＮ ｎ ａ ／ ａ ａ ／ Ｇ Ｎ Ｇ Ｎ结构， Ｉ 器件采用典型的正装结构。
为了不用考虑塑封材料 的退化对 出光性能 的影 响，
试验中把来 自同一个外延片、 相同工艺的管芯裸封 在金属管座上。取其中 ３ 只并分成 ３ ０ 组加不同的 电流应力（ ｍ ４ ｍＡ， ｍＡ 在室温下进行不 ０ ３ Ａ， ０ ０ ６ ） 同周期的加速寿命试验。各组器件试验的详细信息 见表 １ 。表 １ 中的器件的寿命是指在该电流下光输
氮化镓基高压发光二极管的失效机理1
氮化镓基高压发光二极管的失效机理摘要--我们对GaN基高压发光二极管提出了详细的可靠性试验研究。
在高温（即80℃）和大电流注入（即100 mA）的条件下，我们发现Al的金属晶须在120小时老化测试后形于铬/铝/钛/铂/金p-指状金属的侧壁。
同时还发现，由于我们增加了老化时间，该晶须变长。
此外，我们发现铝晶须的形成与Al的迁移直接相关。
索引术语：氮化镓，高压，发光二极管，金属，铝，晶须。
1、介绍氮化物系化合物半导体，如GaN，InGaN以及AlGaN，近年来已成为最重要的短波长的光发射器的材料系。
事实上，基于GaN的蓝色和绿色发光二极管（LED）被广泛地用于我们的日常生活中。
大芯片尺寸的GaN基大功率白光LED也用于固态照明。
然而，这些大尺寸LED芯片受到来自较差电流扩散的影响。
当LED有大电流注入时这样很差的电流扩散会导致“效率下降”。
这些可以通过在大面积芯片上利用多个微型LED来解决，通过正确地连接这些微型LED，人们可以实现自整流交流发光二极管（AC-LED）。
然而，因为只有一半的有效区域的被驱动，AC-LED的输出功率相对较小。
它也表明当微型LED反向偏置时，将有GaOx氧化颗粒产生。
这可能会性能下降并最终导致AC -LED的失效。
或者，可以在大面积的芯片上串联连接的微型LED，这些串联连接的微型LED在直流（DC）下会产生很高的正向电压。
不同于高电流和低电压，我们可以在高电压和低电流下驱动这些微型LED。
相比于传统的高功率LED，它表明，这种高压发光二极管（HV-LED）是更安全的，并可以提供更大的功率转换效率。
然而，据我们所知，在文献中没有关于HV-LED的失效机理报告可寻。
在这篇文章中，我们论述了GaN基HV-LED详细的可靠性测试结果。
2、实验在这篇文章中，使用的样本都是金属有机化学气相沉积（MOCVD）在c平面生长的圆锥形图案化蓝宝石衬底（PSS）。
锥体的直径和高度分别为2.6um和1.55um，而锥体之间的间距为0.4μm。
电迁移、热载流子、栅氧击穿、过压失效机理
电迁移、热载流子、栅氧击穿、过压失效机理
电迁移（Electromigration）：是指在材料内部由于电流通过而
引起的离子移动现象。
在金属导线中，由于电子与离子的碰撞和运动，会导致导线内部金属离子的一定迁移和堆积，进而引起导线的结构和性能的变化，甚至导致高电阻或开路失效。
热载流子（Hot carriers）：是指在半导体器件中，在高压电场
和高电流作用下，部分载流子获得了较高的能量而形成的高能量载流子。
热载流子对材料和器件的影响较大，容易引起电子与晶格之间的散射和损伤，从而影响材料和器件的性能。
栅氧击穿（Gate oxide breakdown）：是指在MOS（金属-氧化
物半导体）器件中，由于栅氧层中电场引起的氧化层损坏现象。
当栅电压超过一定阈值时，电场强度大到足以产生氧离子的电离，进而破坏氧化层，形成电流通道，导致器件失效。
过压失效（Overvoltage failure）机理：过压失效通常发生在电
力系统中，当系统中电压超过设备的额定工作电压时，会导致设备的运行不稳定甚至损坏。
过压失效的主要机理包括电气击穿、电弧放电、绝缘故障等。
过压失效会引起电力系统的电压失控和设备的烧毁，给电网和设备的安全稳定运行带来威胁。
GaN基肖特基二极管的输运和击穿特性研究的开题报告
GaN基肖特基二极管的输运和击穿特性研究的开题报告一、研究背景随着电力电子、通信和射频应用的发展，对功率半导体器件高性能、高频率、高温、高压、高功率密度、抗辐射等多种功能的需求越来越迫切。
为了满足这些需求，研究者们正在积极寻求新的半导体材料和器件结构。
氮化镓（GaN）半导体材料作为一种具有较高电子迁移率、特别是在较高电场下能够保持高迁移率的半导体材料，被广泛应用于高频、高功率密度甚至高温环境中。
其中，GaN基肖特基二极管是GaN材料最具代表性的器件之一，具有低正向导通电压、高反向击穿电压等优点，因此受到了广泛的关注。
二、研究内容本文将主要研究GaN基肖特基二极管的输运和击穿特性，在此基础上探讨其应用于功率电子器件领域的潜力。
具体内容包括：1. GaN晶体结构及其特点。
介绍GaN材料的晶体结构、物理性质、应用前景等。
2. 肖特基二极管的工作原理。
通过解释半导体引入p型/m型掺杂后的形成PN结的原理，介绍肖特基二极管的原理和特点。
3. GaN基肖特基二极管的制备方法。
介绍当前制备GaN基肖特基二极管的主要方法和优缺点，包括金属有机气相沉积（MOCVD）、分子束外延（MBE）等。
4. GaN基肖特基二极管的输运特性。
通过理论计算及实验测试，研究GaN基肖特基二极管的电流密度、寄生电容等特性，分析其输运机制，探讨其在功率电子器件中的应用前景。
5. GaN基肖特基二极管的击穿特性。
通过理论计算及实验测试，研究GaN基肖特基二极管的反向击穿电压、击穿机制等特性，以探讨其在高压电子器件领域的应用潜力。
三、研究意义本研究将有助于深入理解GaN材料及其器件的特性，探索其在功率电子器件领域的应用潜力。
所得结果对于GaN基肖特基二极管的制备工艺和设计优化有重要的指导作用，同时也为GaN材料在推广应用中的发展提供了新思路。
四、研究方法本研究将运用理论分析、数值模拟以及实验测试相结合的方法，来探索GaN基肖特基二极管的输运和击穿特性。
半导体器件失效机制与可靠性分析研究
半导体器件失效机制与可靠性分析研究引言半导体器件(简称芯片)广泛应用于各种电子设备中，其可靠性对设备的正常运行至关重要。
然而，事实上，芯片失效是常见的现象，会给设备和系统带来不可预估的损失。
因此，芯片的可靠性分析和失效机制研究是极为必要的。
本文将详细探讨芯片失效机制及可靠性分析方法。
一、芯片失效机制1. 电迁移效应电迁移(Electromigration，简称EM)是指电子在导体中发生漂移的过程。
当电子在导体中移动时，它们将数量有限的金属原子拖着向一个方向移动，形成金属原子的“空洞区域”和“电子密集区域”。
这种移动会给导体带来功耗损失，同时会导致导体紧张而失效。
2. 热膨胀效应随着芯片的尺寸不断减小，局部金属结构不断复杂化，使得芯片内各部分承受的热应力越来越大。
当芯片内某个局部的温度变化较大时，局部产生的热膨胀效应可能会导致芯片的破坏。
3. 硅氧化物断裂芯片上的金属线和晶体管等电路元件与硅质基板通过氧化物颗粒绝缘层进行电隔离。
当硅氧化物层长时间受电场和热应力的影响，就可能出现氧化物层内部的应力积累和局部氧化，导致氧化物层崩裂，从而破坏整个芯片的结构和电性能。
4. 金属间物相反应芯片中不同种类金属之间的相互作用也会引起失效。
在一些环境下，金属层会相互反应而产生新的化合物和相变，从而改变芯片中元器件的性能或导致元器件失效。
二、可靠性分析方法芯片可靠性分析是定位失效原因和提高芯片可靠性的关键步骤。
目前，常用的芯片可靠性分析方法有以下几种。
1. 失效分析失效分析是指在芯片失效的情况下，对失效芯片进行各种测试手段、观察、分析、检测，确立失效点并推断失效原因的过程。
失效分析是目前芯片可靠性分析的主要手段，通过失效分析，可以找到芯片失效的根本原因。
2. 退化分析芯片在使用过程中，其物理性质可能会发生变化，一般而言表现为电气参数的变化或退化。
退化分析需要在芯片未失效的情况下，通过监测芯片的可靠性参数，预测芯片可能出现失效的概率，并对可能出现的问题进行预防或针对性的修复。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ag电化学迁移引发肖特基二极管烧毁的失效机理分析
徐晟;王宏芹;牛峥;李洁森;甘卿忠
【期刊名称】《电子器件》
【年(卷),期】2022(45)2
【摘要】在阐述银电化学迁移机理的基础上,利用体视显微镜、晶体管图示仪、光学显微镜、X射线检测系统及扫描电子显微镜等技术手段,系统分析了智能电表中肖特基二极管的电化学失效原因。
结果表明:二极管芯片正面局部区域遭受了S污染,并发生了Ag电化学迁移现象;芯片边缘析出了Ag枝晶,导致芯片发生短路烧毁,二极管最终失效。
本工作的研究成果为电子封装互连焊点中的电化学迁移导致的失效分析提供实践参考。
【总页数】5页(P272-276)
【作者】徐晟;王宏芹;牛峥;李洁森;甘卿忠
【作者单位】中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局;工业和信息化部电子第五研究所
【正文语种】中文
【中图分类】O646;TN311.7
【相关文献】
1.快恢复二极管铜迁移失效机理及应用可靠性研究
2.高压肖特基二极管确保汽车电子模块不再意外烧毁
3.高压肖特基二极管确保汽车电子模块不再意外烧毁
4.肖特
基二极管银迁移失效机理分析和研究5.肖特基二极管高温反向偏置失效分析与改善
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。