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ESD分析Part(1)
| ESD分析Part(1) --靜電的產(chǎn)生 [前言] ESD的文檔是又長(zhǎng)又難懂，所以只能分批解決之。這是第一部分，也是本網(wǎng)站ESD分析的走的 第一步。要了解ESD(Electrostatic Discharge)，首先要了解靜電的產(chǎn)生機(jī)理，所以本人就從網(wǎng)上 搜羅了一些資料加以編輯，貼出來(lái)供大家參考。 [正文] 翻閱有關(guān)半導(dǎo)體的文章時(shí)，總會(huì)涉及到如晶體結(jié)構(gòu)，能帶，原子結(jié)構(gòu)等，所以個(gè)人認(rèn)為學(xué)好半 導(dǎo)體工程學(xué)是十分之重要。以下是一些基本概念： 分子：保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的一種微粒； 原子：化學(xué)變化中的最小微粒，原子中心的原子核有質(zhì)子和中子，環(huán)繞原子核運(yùn)轉(zhuǎn)的是電子； 電子：具有最小電量的質(zhì)量最小的粒子(現(xiàn)在有分?jǐn)?shù)電量之說(shuō))； 離子：以帶正電(正離子)或負(fù)電(負(fù)離子)的原子或分子形態(tài)存在。 單晶體：按照一定規(guī)則的原子序列構(gòu)成的晶體； 多晶體：小的單晶體的集合； 晶體：由反映晶體特征的基本單元在三維空間堆積而成的。把基本單元叫做晶胞； 靜電是一種靜止的電荷，是電子不均勻分布的結(jié)果，主要是摩擦產(chǎn)生，其他像電場(chǎng)誘發(fā)，直接充電等。 摩擦電荷的極性與強(qiáng)度是由摩擦電序列決定： 濕度愈高，靜電愈低。55%濕度的靜電產(chǎn)生量約為10%濕度的5-20%。 ESD靜電釋放，電荷在不同電位物體間轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。一般我們可以感知的ESD都在3000V以上。 各種元件的靜電敏感度： 元件類(lèi)型 靜電敏感度(伏特); VMOS 30 - 1,200 Mosfet， GaAsfet， EPROM 100 - 300 JFET 150 - 7,000 OP-AMP 190 - 2,500 Schottky Diodes 300 - 2,500 Film Resistors 300 - 3,000 Schottky TTL 1,000 - 2,500 2000-4000V人體有所感知。5000V以上有火花產(chǎn)生。 *.注：以上來(lái)自  http://www.webjiin.net/rom/04_esd-c.htm電荷的起源與物體帶電 一切電的現(xiàn)象都起源于電荷的存在與運(yùn)動(dòng)。自然界中只存在兩種電荷，即正電荷與負(fù)電荷。電 荷的單位是C，稱(chēng)為庫(kù)侖。使物體帶電，叫做起電。任何物體都有可能帶電。要使物體帶電， 可利用摩擦起電、接觸起電、靜電感應(yīng)等方法。物體帶電實(shí)際上是獲得或失去電子的結(jié)果，這 意味著電荷不能離開(kāi)電子、質(zhì)子而存在。電荷是電子、質(zhì)子等微觀粒子所具有的一種屬性。 電荷守恒定律：由摩擦起電和其他起電過(guò)程的大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)表明，一切起電過(guò)程其實(shí)都是使物 體上正、負(fù)電荷分離或轉(zhuǎn)移的過(guò)程，在這種過(guò)程中，電荷既不能消滅，也不能創(chuàng)生，只能使原 有的電荷重新分布。由此就可以總結(jié)出電荷守恒定律：一個(gè)孤立系統(tǒng)的總電荷(即系統(tǒng)中所有 正、負(fù)電荷之代數(shù)和)在任何物理過(guò)程中始終保持不變。所謂孤立系統(tǒng)，就是指它與外界沒(méi)有電 荷的交換。電荷守恒定律也是自然界中一條基本的守恒定律，在宏觀和微觀領(lǐng)域中普遍適用。 電荷的量子性：實(shí)驗(yàn)表明，電子是自然界具有最小電荷的帶電粒子。任一帶電體的電荷都是電 子電荷e的整數(shù)倍，這就是說(shuō)，e是電荷的一個(gè)基本單元。當(dāng)帶電體的電荷發(fā)生改變時(shí)，它只 能按e的整數(shù)倍改變，不能作連續(xù)的任意改變。這種電荷只能一份一份地取分立的、不連續(xù)的 數(shù)值的性質(zhì)，叫做電荷的量子化。電荷的量子就是e。不過(guò)，常見(jiàn)的宏觀帶電體 所帶的電荷遠(yuǎn) 大于電子的電荷，在一般靈敏度的電學(xué)測(cè)試儀器中，電荷的量子性是顯示不出來(lái)的。因此在分 析帶電情況時(shí)，可以認(rèn)為電荷是連續(xù)變化的。這正象人們看到江河中滔滔流水時(shí)，認(rèn)為它是連 續(xù)的，而并不感覺(jué)到水是由一個(gè)個(gè)分子、原子等微觀粒子組成的一樣。 上圖揭示摩擦起電的機(jī)理。 *.注：以上來(lái)自 http://cai.#edu.cn/wanluokecheng/p04/ch10/sec01/#實(shí)驗(yàn)表明，絲綢摩擦玻璃棒，使玻璃棒帶上正電，而毛皮摩擦橡膠棒時(shí)，使橡膠棒帶上負(fù)電。 并且絕緣體更容易帶電。所以也應(yīng)該了解金屬、半導(dǎo)體和絕緣體之間的關(guān)系。還有一個(gè)問(wèn)題就 是晶體結(jié)構(gòu)與導(dǎo)體之間的關(guān)系(暫時(shí)還沒(méi)有找到相關(guān)資料，希望有誰(shuí)能解釋一下，晶體結(jié)構(gòu)與超 導(dǎo)的關(guān)系)。 物質(zhì)的導(dǎo)電性可以通過(guò)各自的能帶加以說(shuō)明。即有能級(jí)都被電子填滿的滿帶，又有完全不存在 電子的導(dǎo)帶。當(dāng)外加電場(chǎng)時(shí)，電子為了能夠無(wú)能運(yùn)動(dòng)，就必須伴有電子能量的增加。但是，滿 帶中的電子即使在外加電場(chǎng)下也不能移動(dòng)，因此不能形成電流(因?yàn)槿羰闺娮幽芰孔兓�，能�?jí)上 必須存在空穴)。另一方面，空的導(dǎo)帶內(nèi)又沒(méi)有輸送電流的電子，因此不可能形成電流。由此， 只具有滿帶和空的導(dǎo)帶的固體(晶體)成為絕緣體。 絕緣體中原子間的結(jié)合力很強(qiáng)，需要很大的能量才能打破這些鍵。因此，不存在輸送電流的自 由電子，顯示絕緣性。絕緣體的能帶圖顯示，與原子結(jié)合的電子填滿了價(jià)帶，禁帶的寬度(能帶 隙)很在(通常在3.5eV以上即可認(rèn)為是絕緣體)，導(dǎo)帶內(nèi)沒(méi)有自由電子。半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)，基 本上也是由充滿電子的價(jià)帶和空的導(dǎo)帶構(gòu)成的。就是說(shuō)，半導(dǎo)體與絕緣體具有同樣的能帶結(jié) 構(gòu)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，帶隙的大小通常在0<Eg<3.5eV范圍內(nèi)。 半導(dǎo)體的特點(diǎn)是原子間的結(jié)合力比較弱，因此原子振動(dòng)產(chǎn)生的熱能就會(huì)使結(jié)合鍵破裂。其結(jié)果 參與共價(jià)結(jié)合的電子脫離原子的束縛，在晶體中自由移動(dòng)。這樣，電子躍遷至導(dǎo)帶并在價(jià)帶留 下空穴。電子和空穴共同參與導(dǎo)電過(guò)程。 導(dǎo)體的帶能結(jié)構(gòu)，通常是導(dǎo)帶或者被部分填充，或者是與價(jià)帶互相重疊成為一個(gè)能帶(也叫導(dǎo) 帶，這時(shí)禁帶消失)。當(dāng)外加電場(chǎng)時(shí)，導(dǎo)帶中的電子加速，獲得動(dòng)能，使電子能量增加。電子通 過(guò)在電場(chǎng)中移動(dòng)參與了導(dǎo)電(可以想像在的能級(jí)變成空位)。因此，我們把導(dǎo)帶中的電子叫做自 由電子或?qū)щ娮印?BR> *.注：以上來(lái)自科學(xué)出版社ISBN 7-03-009322-4《半導(dǎo)體工程學(xué)》 更詳細(xì)請(qǐng)點(diǎn)擊 http://140.114.18.41/ssp/4-2.html[結(jié)尾] 通過(guò)閱讀以上文字，大家也許對(duì)靜電的產(chǎn)生有所了解，并可以想像一下半導(dǎo)體帶電的容易程 度。真誠(chéng)希望上述文字能對(duì)大家有所幫助。如原文作者對(duì)本文的引用，覺(jué)得不妥之處，還請(qǐng)見(jiàn) 諒，并及時(shí)相告，本人會(huì)在核實(shí)后24小時(shí)內(nèi)將相關(guān)部分刪除，謝謝!! |
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