微电子器件范文精选

摘 要：现在我国IT产业发展迅速，各个领域设计的产品也比较多，而静电对微电子器件危害是最大的。微电子是IT行业的一个重要器件，微电子的应用较为广泛。微电子器件的静电防护是企业普遍关注的问题。只有做好微电子的防护，才能使其性能得以最大化的发挥。

关键词：微电子；静电防护；ESD

引言

为了防护微电子器件，电路设计者对电子器件进行静电防护。电路保护的设计要考虑很多的因素，要不断进行试验。其中ESD是对微电子器件一个较大的威胁。ESD严重影响着微电子器件的质量，威胁着器件的整体工作。ESD对微电子器件制造业是一个巨大的威胁。解决ESD问题，是当前微电子生产的一个重要课题。ESD问题的解决，对整个行业的发展有重要的影响。

1 ESD分析

由于电荷的积累，物体表面带上静电，电荷发生移动，就是发生了ESD。ESD包括四个阶段。第一阶段，电荷的产生。电荷的产生是由于摩擦、感应的现象。两种不同的材料接触或摩擦，电荷通过绝缘体传播，而导体间电荷的转移是由于两个物体的电势不同造成的。第二阶段，电荷的转移。电荷发生转移是由于两个物体的电势不同，当两个物体的电势平衡，电荷的转移也就停止了。第三阶段，器件响应。电荷发生转移时，器件的感应。现阶段，要解决电荷重新分布的问题。第四阶段，u估。对器件的效果进行评估。判断期间失效与否，如失效，确认失效原因及失效属性。

2 微电子器件在生产中的静电

对微电子器件生产中静电的研究中，最重要的现象是静电破坏。对器件的静电释放，分析如下：

【摘 要】一般而言，薄栅氧MOS器件、场效应器件和浅结、细条、细间距的双极器件的抗静电放电能力更弱。在微电子器件及电子产品的生产、运输和存储过程中，所产生的静电电压远远超过其受损阈值，人体或器具上所带静电若不加以适度防护，会使器件产生硬或软损伤现象，使之失效或严重影响产品可靠性。因此，研究静电放电对微电子器件的作用效应及损伤机理具有重要的科学意义和工程应用前景。

【关键词】微电子器件；静电损伤；放电模型

随着科学技术的飞速发展，电子、通信、航天航空等高新产业的迅速崛起，电子仪器仪表和设备等电子产品日趋小型化、多功能及智能化，高性能微电子器件已成为满足上述要求中不可缺少的核心元件。这种器件具有线间距短、线细、栅氧薄、集成度高、运算速度快、低功率和输入阻抗高等特点，因而导致这类器件对静电越来越敏感，业内把这类器件称之为静电敏感器件（ESDS）。

1.静电放电特性

1.1静电放电类型

静电放电有多种形态，根据其特点，并从防止静电危害方面来考虑，可分为7种：电晕放电、火花放电、刷形放电、传播型刷形放电、大型料仓内粉堆放电、雷状放电以及电场辐射放电。

1.2静电放电模型

静电模型包括人体模型（HBM）、人体-金属模型（BMM）、带电器件模型、家具模型、机器模型及场感应模型。国内对电子器件ESD敏感度的测试标准采用的是人体模型，用于模拟带电人体指尖与接地物体之间产生的静电放电。IEC61340-3-1规定了短路电流波形，其中，上升时间tri小于10ns，衰减时间tdi为150±20ns，振荡电流Ir应小于峰值电流Ip的15%，且脉冲开始100ns后不应被观察到。

【摘 要】随着科学技术的飞速发展，电子、通信、航天航空等高新产业的迅速崛起，电子仪器仪表和设备等电子产品日趋小型化、多功能及智能化，高性能微电子器件已成为满足上述要求中不可缺少的核心元件。这种器件具有线间距短、线细、栅氧薄、集成度高、运算速度快、低功率和输入阻抗高等特点，因而导致这类器件对静电越来越敏感，业内把这类器件称之为静电敏感器件（ESDS）。一般而言，薄栅氧MOS器件、场效应器件和浅结、细条、细间距的双极器件的抗静电放电能力更弱。在微电子器件及电子产品的生产、运输和存储过程中，所产生的静电电压远远超过其受损阈值，人体或器具上所带静电若不加以适度防护，会使器件产生硬或软损伤现象，使之失效或严重影响产品可靠性。因此，研究静电放电对微电子器件的作用效应及损伤机理具有重要的科学意义和工程应用前景。

【关键词】微电子器件；静电损伤；放电模型

1 静电放电特性

1.1 静电放电类型

静电放电有多种形态，根据其特点，并从防止静电危害方面来考虑，可分为7种：电晕放电、火花放电、刷形放电、传播型刷形放电、大型料仓内粉堆放电、雷状放电以及电场辐射放电。

1.2 静电放电模型

静电模型包括人体模型（HBM）、人体-金属模型（BMM）、带电器件模型、家具模型、机器模型及场感应模型。国内对电子器件ESD敏感度的测试标准采用的是人体模型，用于模拟带电人体指尖与接地物体之间产生的静电放电。IEC61340-3-1规定了短路电流波形，其中，上升时间tri小于10 ns，衰减时间tdi为150±20 ns，振荡电流Ir应小于峰值电流Ip的15%，且脉冲开始100 ns后不应被观察到。

2 实验

摘要：《微电子器件》是电子信息与工程技术专业的重要基础课程。其课程内容涉及微电子器件的实际结构、刻蚀技术、镀膜技术、封装技术以及过程检测技术等。本课程具有内容丰富、实践性和应用性强等特点，学生普遍感觉学习难度大。针对微电子工艺基础课程教学的自身特点和多年的MEMS器件加工经验，本文从苏州科技学院的实际情况出发，以中科院苏州纳米所加工平台为教学实习基地，建立了理论授课、微纳加工工艺培训、参与微项目研究以及完善有效的实验考核方案相结合的特色教学方式。教学研究表明，通过改革可以激发学生的学习兴趣和培养学生的实践创新能力和科学研究能力，提高了教学效果。

关键词：微电子；微项目；创新能力

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）10-0178-03

一、引言

微电子器件课程是一门以实践教学为主，以半导体基本理论和器件工艺知识为向导，以培养学生的实践创新能力和科学研究能力为目标的课程，是电子工程专业的重要内容[1]。它以微小型电子器件和各种传感器的设计、制作和测试为载体，培养学生的实践工程能力，使学生获得微纳器件制备工艺的基础知识，了解微纳器件的生产过程，并初步具备开发新型微纳米半导体器件的能力[2]。随着微纳米加工和检测技术的不断进步，新材料、新器件层出不穷。然而，由于微纳电子器件和传感器的制造和加工设备价格昂贵，国内拥有供科研和教学用的实验平台极其有限[3]。对于绝大多数的高校而言，传统的教学内容和教学模式与新形势下以培养学生的创新能力和工程实践能力为目标的教学要求之间的矛盾日益突出。本文以苏州科技学院的实际情况出发，发挥地域优势，通过跟中科院苏州纳米所的实践教学合作，探索出了一条具有开发微电子新产品、新技术和新工艺的应用型人才培养模式。

本文以电子科学与技术专业核心课程“微电子器件”教学实践为研究对象，针对本校电子工艺教学中存在的问题就该教学内容、教学方法和考核方式进行了探讨。

二、本校微电子器件教学中存在的问题

微电子技术的发展日新月异，对微电子人才的要求不断提升，2013苏州科技学院院电子信息工程专业被遴选为江苏省“十二五”高等学校重点专业和江苏省卓越工程师培养计划试点专业，自立项以来，学院始终坚持以“重点专业建设”为主线，坚持以创新理念思路为先导，以推进学生优质就业为导向，以提高人才培养质量为目标，加强专业建设。在各个方面有了极大的进步，形成了鲜明的特色，但在实践中仍存在一些问题，主要有如下几方面：

摘要：

随着科技的不断发展，信息处理效率的提高，微电子器件的尺寸越来越小，这使得微电子器件的可靠性问题逐渐凸显出来.微电子器件可靠性主要受四个方面的影响：栅氧化层、热载流子、金属化、静电放电.通过对国内外现状的分析，主要介绍了影响微电子器件可靠性的四个主要因素及其产生原理，并提出了提高微电子器件可靠性的解决方案及措施.

关键词：

微电子器件； 可靠性； 热载流子； 静电放电

中图分类号： TN 406文献标志码： A

目前，飞速发展的微电子技术和不断缩小的器件尺寸，都使得由于器件可靠性而造成的影响越来越严重.以静电放电（Electro Static Discharge，ESD）为例，在静电放电失效的基本机理研究方面，中美两国研究人员对过电压场致失效和过电流热致失效的定义、原理以及在何种器件中哪种失效更容易发生等方面都研究得非常透彻.但是，具体到某一类型的微电子器件的ESD失效模式和基本机理，美国研究得更加充分且全面，并建立了 ESD [主要是人体模型（HBM）和带电器件模型（CDM）] 的失效电路模型.另外，除了传统的互补金属氧化物半导体（CMOS）器件，美国还系统地研究了磁性读写头、各种微电子芯片等器件[1].

目前，我国在微电子器件可靠性的研究方面加大了资金和技术投入，缩小了与美国的差距.但是对典型微电子系统的 ESD失效分析和对先进的失效分析技术手段、方法的研究和运用等方面仍然是我国科研工作者今后需要努力的方向.

1影响微电子器件可靠性的主要因素

摘要：

微电子器件作为电子科学与技术专业的核心课程，是学生学习理解后续专业课程的基础。为了符合学院应用型人才培养模式的需求，笔者对传统实验教学进行了改革，引入TCAD仿真软件进行实验教学，学生能形象直观的了解器件的制作流程及器件制备过程中相关参数对器件电学，光学性能的影响；带学生参观电子薄膜与集成器件国家重点实验中山分室，了解有机器件的制备测试流程。微视频，翻转课堂教学模式的引入，不仅提高了学生主动学习课程的积极性，也促进学生更好的理解课程的理论教学内容。

关键词：综合性实验；工艺流程；器件结构；软件仿真；有机器件

引言

微电子学综合实验的课程目的是让电子与科学技术专业的学生通过实验加深对半导体器件物理与工艺的理解，通过实验教学，深入理解半导体材料的物理特性，器件制备的工艺步骤，工艺条件对器件结构性能的影响，器件结构对器件电学，光学性能的影响。实验课程的开展可以有效提高学生对微电子器件理论课程的学习理解，为设计具有特定功能的器件和电路准备条件。学院目前传统的微电子学实验课程设置以验证性实验为主，实验简单，实验设备少，不利于开展综合型实验，也不利于学生更深入的学习理解课程内容。因此，对传统的实验项目进行改革是极具意义的。

一、传统实验项目及学时改革

微电子学综合实验授课学时40学时，共有10个实验项目。传统实验目的是帮助学生进一步掌握半导体材料的寿命、薄膜厚度的测试方法、测试器件的电流电压特性、温度特性、测量器件的开关时间、特征频率等。传统实验教学对学生深入理解理论课程有一定作用，实验设置基本以验证性实验为主，实验难度有限，不利于学生综合设计能力的培养，另一方面，由于仪器设备数量限制，每台仪器有4-5个学生循环使用，学生不能充分利用实验学时。因此，笔者经过反复教学尝试，提出了如下改革方案，传统实验项目依据课程的相关性调整为8个项目，每个实验项目学时缩短到2个学时。为了解决仪器数量不足，每次实验课同时开设2个实验项目，这样每台仪器人数可以控制在2人左右。一次课讲解2个实验项目，实验讲解时间太长，学生容易遗忘，教师需要反复讲解，没有太多时间给学生处理实验过程中遇到的疑难问题。为了解决这一问题，笔者对每个实验项目原理及操作的讲解录制成微视频，上传至学院数字化平台供学生下载预习，上课的时候利用多媒体循环播放，这样学生就可以根据视频教学完成实验内容，笔者也有足够的时间为学生解答实验过程中的疑难问题。教学方式的改革不仅取得了良好的实验效果，也大大缩短了实验学时，作者可以利用剩下的24学时开设TCAD仿真实验项目。

二、TCAD仿真软件的应用

1发展环境

1．1国际环境

据美国研究部门保守估计，到2030年，现有的军事装备系统中的80%仍然使用微波大功率真空器件。美国国防部电子器件咨询小组的研究报告《微波管：国家安全的忧虑》中曾指出：半导体器件已接近其材料的极限，而真空电子器件频率和功率增长的潜力确实显而易见。其2002年解密的“射频真空电子器件发展战略”报告认为：大功率电真空器件在未来30～50a中仍然是军事电子装备的核心器件。

1.2国内环境

我国是全球最大的电子信息产品制造基地。公司微波电真空器件产业具有行波管、磁控管、速调管、前向波管、充气微波开关管等科研生产线。产品广泛应用于雷达、导弹、电子对抗、情报侦察、空间测控等领域，用户遍及海、陆、空、天，在一大批国家重大项目中发挥了重要作用，为我国国防重点工程和重要军事电子武器系统建设做出了巨大贡献。

1.3产业政策

按照国家自主可控发展目标，真空电子器件作为关键电子元器件，得到了国家和地方政府高度重视，相关项目已被列入“核高基”和其它多个专项。公司真空电子器件产业的新品科研和技术改造项目已多批次获得政府财政资金支持。

2发展战略

摘要：二元光学器件的基本制作工艺是超大规模集成电路中的微电子加工技术，但微电子加工属薄膜图形加工，主要控制的是二维的薄膜图形，而二元光学器件则是一种表面的三维浮雕结构，因为要同时控制平面图形的精细尺寸和纵向深度，所以其加工难度增大。

关键词：微电子；二元光学器件；制作工艺

随着二元光学技术的发展，二元光学器件已经广泛用于光学传感、光通信、光计算、数据存储等诸多领域。这类器件主要用于像差校正和消色差，通常的方法是在球面折射镜的一个面上刻蚀衍射图案，实现折射和衍射混合消像差和较宽波段上的消色差。此外，二元光学器件能产生任意波面以实现许多特殊功能，从而具有重要的应用价值。

1.二元光学器件及其发展概述

二元光学是基于光波衍射理论发展起来的一个新兴光学分支，是光学与微电子技术相互渗透、交叉而形成的前沿学科。基于计算机辅助设计和微米级加工技术制成的平面浮雕型二元光学器件具有重量轻、易复制、造价低等特点，并能实现传统光学难以完成的微小、阵列、集成及任意波面变换等新功能，从而使光学工程与技术在诸如空间技术、激光加工、计算技术与信息处理、光纤通信及生物医学等现代国防科技与工业的众多领域中显示出前所未有的重要作用及广阔的应用前景。

随着近代光学和光电子技术的迅速发展，光电子仪器及其元件都发生了深刻而巨大的变化。光学零件已经不仅仅是折射透镜、棱镜和反射镜。诸如微透镜阵列、全息透镜、衍射光学元件和梯度折射率透镜等新型光学元件也越来越多地应用在各种光电子仪器中，使光电子仪器及其零部件更加小型化、阵列化和集成化。微光学元件是制造小型光电子系统的关键元件，它具有体积小、质量轻、造价低等优点，并且能够实现普通光学元件难以实现的微小、阵列、集成、成像和波面转换等新功能。

2.二元光学器件的应用现状

随着二元光学技术的发展，二元光学元件已广泛用于光学传感、光通信、光计算、数据存储、激光医学、娱乐消费以及其他特殊的系统中。也许可以说，它的发展已经经历了三代。第一代，人们采用二元光学技术来改进传统的折射光学元件，以提高它们的常规性能，并实现普通光学元件无法实现的特殊功能。这类元件主 要用于相差校正和消色差。通常是在球面折射透镜的一个面上刻蚀衍射图案，实现折/衍复合消像差和较宽波段上的消色差。此外，二元光学元件能产生任意波面以实现许多特殊功能，而具有重要的应用价值。如材料加工和表面热处理中的光束整形元件、光学并行处理系统中的光互连元件以及辐射聚焦器等。

摘要：新型的显微红外热像仪是基于非制冷焦平面探测器设计的，是给印刷电路板、半导体器件以及功率器件等电子器件进行细微热分析，实现电子电路的故障检测、可靠性分析以及失效分析等。文中介绍了该系统的工作原理、构成、工作过程。研究了显微红外热像仪噪音的等效辐射和噪音的等效温差模型，提供了系统设计的理论指导。随着电子器件的产品化，该系统在逐渐会转向需要显微热分析的其他场合，应用前景比较广泛。

关键词：电子器件 检测故障 可靠性分析 失效分析 显微红外热像仪

最近几年，印刷电路板、半导体器件、功率器件等电子器件逐渐发挥着重要的作用，在较多的领域的应用都是比较广泛的。整个系统的性能会受到电子器件性能的影响，由此可见，电子器件的可靠性是非常重要的。因此，怎样确保检测的有效性和故障失效的分析是非常重要的。常规的检测电路故障消耗的时间是比较长的，同时检测人员的专业技能要比较强，且不能用于检测高频电路的实时故障。随着元器件在电路板上的密度逐渐增大，各器件的连接点是纳米级，极大的限制了常规的检测手段，甚至是不能够用常规手段进行检测。人们开始采用非接触式的测试方法进行克服常规检测的不足。经过半导体器件的电流变化能够影响半导体器件的红外辐射，因此探测器件可以利用红外辐射随时的检测电子器件的工作状况。电路故障红外热像诊断的检测精度高、速度快、通用性强、费用低故障的检出率及隔离率高、操作使用较简单，这些优点被人们广泛的关注，促进了其发展速度的增快。

1、显微红外热像仪的测试原理

所有物体的温度大于绝对零度时，都会出现以电磁波的形式对外辐射能量，各种波长也被包括在辐射能量之内。红外测温技术是以普朗克分布定律作为理论基础的，该理论揭示了不同温度下黑体辐射能量的波长分布规律，用公式可以表示为：

Ebλ表示的是黑体光谱能量辐射的密度，单位表示是Wcm-2μm-1；第一辐射常数c1=3.7415×10-12Wcm2；c2则表示第二辐射常数，c2=1.43879cmK；辐射的光谱波长用λ表示，其单位是μm；黑体的绝对温度用T表示。

通过焦耳-楞次定律可以知道，当电流经过电子元件时就会产生功率的消耗，从而使电子元件的温度升高，温度升高会促进红外辐射量的提高。由此可以看出，这种能量辐射的变化能够用红外探测器探测到。红外辐射能和电子器件的损失功率之间就可以通过这种现象建立相关联系，利用这种关系进行电子器件的探测。利用这种方法，实行对产品热性能的检测和验证，提高了产品设计的优化性以及工艺的改造。

2、系统的组成

摘要：《微电子工艺及器件仿真》是在创新人才培养质量的背景下，为增强微电子专业本科生的创新精神和实践能力而开设的一门专业课，课程的知识结构、培养目标与行业需求紧密对接。针对课程综合性、系统性和应用性强、学生不易掌握的特点，采用精讲多练的授课模式：在讲授环节，教师对仿真文件中的仿真规则、关键语句、物理模型及需要采用的处理方法进行重点阐述，同时使用案例式教学法，便于学生掌握仿真要领；在练习环节，借助于翻转课堂模式和提供开放实验室，增强学生自主学习能力并训练修正反馈、举一反三等多维能力，取得了很好的效果。

关键词：工艺及器件仿真；案例教学；翻转课堂；修正反馈

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）01-0215-03

按照《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》（教高[2012]4号）、《国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》（[2015]36号）和《教育部、国家发展改革委、财政部关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》（教发[2015]7号）的文件精神，高等学校的人才培养目标应逐步向集知识传授、能力培养、素质提高相融合的方向转变。为深化本科教学改革，培养创新型、复合型、应用型人才，教师授课应突出把握创新型课堂教学[1]、引导学生创新性自主学习[2]两个重点。

当今，微电子和集成电路产业发展迅猛，已成为支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业，这为高等学校微电子及相关专业如何培养创新型、应用型、且与行业需求紧密对接的人才提出了更高的要求。具体来说，对知识的传授应以工程实践能力培养为主线[3]，实现学生在知识结构、能力及素质等方面能够适应行业需求。

《微电子工艺及器件仿真》是利用计算机辅助设计工具实现微电子工艺虚拟制造、器件性能验证、预测以及电参数提取的一门课程。该课程将《半导体物理》、《半导体器件物理》、《半导体工艺》等专业理论知识和微电子行业实际生产制造有效衔接。学生通过该课程的学习，一方面，可充分理解专业知识在微电子行业中的具体应用，能够强化理论教学效果。另一方面，仿真可部分取代耗费成本的流片实验、降低生产成本，缩短研发周期以及提高成品率。

为使学生更好地掌握该课程要点，探索合适的教学方法是必不可少的。然而，没有哪种教学模式和方法是适合所有科目、所有学生的。一种好的教学方法应该是针对课程的内容和特点，在实践中总结出来的。

一、《微电子工艺及器件仿真》课程的特点