[科普中國(guó)]-本征擊穿

溫度較低、電壓作用時(shí)間較短時(shí)，純凈、均勻固體電介質(zhì)由絕緣狀態(tài)突變?yōu)榱紝?dǎo)電狀態(tài)的過(guò)程。本征擊穿過(guò)程所需時(shí)間為10-8s數(shù)量級(jí)，本征擊穿場(chǎng)強(qiáng)大于1MW/cm，反映了固體電介質(zhì)本身固有的電氣強(qiáng)度。

特點(diǎn)在匯集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)半導(dǎo)體和絕緣體材料的本征擊穿電場(chǎng)與其禁帶寬度之間關(guān)系的通用表達(dá)。根據(jù)半導(dǎo)體與絕緣體本征擊穿電場(chǎng)規(guī)律的不同，依據(jù)禁帶寬度Eg值對(duì)材料進(jìn)行明確統(tǒng)一分類的定量判據(jù)，擊穿場(chǎng)判據(jù)。計(jì)算了出多種重要的二元化合物半導(dǎo)體及高k柵介質(zhì)的本征擊穿電場(chǎng)預(yù)期值1。

原理在深亞微米技術(shù)中，靜電放電（ESD）是造成大多數(shù)電子元器件或電路系統(tǒng)破壞的主要因素。因此，電子產(chǎn)品中必須加上ESD保護(hù)，提供ESD電流泄放路徑。電路模擬可應(yīng)用于設(shè)計(jì)和優(yōu)化新型ESD保護(hù)電路，使ESD保護(hù)器件的設(shè)計(jì)不再停留于舊的設(shè)計(jì)模式。文中討論了器件由ESD引起的熱效應(yīng)的失效機(jī)理及研究熱效應(yīng)所使用的模型。介紹用于ESD模擬的軟件，并對(duì)一些相關(guān)模擬結(jié)果進(jìn)行了分析比較。

當(dāng)器件受到電流注入影響時(shí)，器件的功率耗散導(dǎo)致了內(nèi)部溫度的增加。假如器件參數(shù)變化不受電熱效應(yīng)影響，而只受焦耳效應(yīng)影響，內(nèi)部溫度將接近半導(dǎo)體材料的熔點(diǎn)。但事實(shí)上，熱擊穿是發(fā)生在低于熔點(diǎn)的溫度。一個(gè)NMOS晶體管的I-V曲線如圖1所示，其中漏和源有電流注入，柵和襯底接0電位。對(duì)于晶體管這個(gè)擊穿被定義為二次擊穿，區(qū)別于發(fā)生在較低電流注入時(shí)的雪崩擊穿2。

熱擊穿熱擊穿為固體電介質(zhì)擊穿的一種形式。擊穿電壓隨溫度和電壓作用時(shí)間的延長(zhǎng)而迅速下降，這時(shí)的擊穿過(guò)程與電介質(zhì)中的熱過(guò)程有關(guān)，稱為熱擊穿。

熱擊穿的本質(zhì)是處于電場(chǎng)中的介質(zhì)，由于其中的介質(zhì)損耗而產(chǎn)生熱量，就是電勢(shì)能轉(zhuǎn)換為熱量，當(dāng)外加電壓足夠高時(shí)，就可能從散熱與發(fā)熱的熱平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)入不平衡狀態(tài)，若發(fā)出的熱量比散去的多，介質(zhì)溫度將愈來(lái)愈高，直至出現(xiàn)永久性損壞，這就是熱擊穿3。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

石季英 - 副教授 - 天津大學(xué)