可靠性物理內(nèi)容簡介

1、內(nèi)容簡介1 / 15內(nèi)容簡介本書是“電子元器件質(zhì)量與可靠性技術(shù)”從書之一，較全面地論述并介紹了電子元器件可靠性物理的基礎(chǔ)知識和失效分析技術(shù)。全書分為四個部分。首先闡述了電子元器件失效分析中的理論基礎(chǔ)，包括有關(guān)原子物理學(xué)、材料學(xué)、化學(xué)、冶金學(xué)及元器件的基本工作原理，介紹了與元器件失效相關(guān)的制造工藝和技術(shù)；第二部分論述了失效的物理模型，介紹了失效分析程序、常用的失效分析方法和技術(shù)，以及用于失效分析的較先進(jìn)的微理化分析技術(shù)；第三部分結(jié)合具體的元器件：微電子器件、阻容元件、繼電器及連接器、光電子器件和真空電子器件，以及元器件的引線和電極系統(tǒng)的失效模式和失效機理加以剖析，提出了提高電子元器件可靠性的措施

2、。最后闡述了元器件靜電放電失效的原理和防護(hù)；元器件的輻射效應(yīng)和抗輻射加固技術(shù)。本書供從事各類電子元器件的研制、生產(chǎn)和使用的科技人員、管理人員、質(zhì)量和可靠性工作者學(xué)習(xí)與參考，也可供高等學(xué)校電子、電工、光電子、真空電子、材料和信息類等相關(guān)專業(yè)的師生閱讀。 圖書目錄緒論0.1信息時代與電子元器件0.1.121世紀(jì)是信息時代0.1.2信息技術(shù)的發(fā)展趨勢0.1.3電子元器件的發(fā)展0.2電子元器件的質(zhì)量和可靠性0.2.1一代器件、一代整機、一代裝備0.2.2電子元器件的定義0.2.3電子元器件可靠性物理研究的內(nèi)容0.2.4電子元器件的質(zhì)量和可靠性第1章電子元器件的理論基礎(chǔ)1.1固體及半導(dǎo)體導(dǎo)電理論簡介1.

3、1.1晶體的基本類型1.1.2晶體的結(jié)構(gòu)1.1.3晶體的能帶結(jié)構(gòu)1.1.4n型和p型半導(dǎo)體1.1.5載流子的漂移與擴散1.1.6金屬熱電子發(fā)射和接觸電勢差1.2基礎(chǔ)元件1.2.1電阻器1.2.2電感器1.2.3電容器1.3pn結(jié)1.3.1pn結(jié)的空間電荷區(qū)1.3.2pn結(jié)的伏安特性1.3.3pn結(jié)的勢壘電容和擴散電容1.3.4pn結(jié)的擊穿1.4晶體三極管1.4.1半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明1.4.2雙極（型）晶體管的靜態(tài)特性1.4.3雙極晶體管的頻率特性1.5半導(dǎo)體表面概論1.5.1半導(dǎo)體表面效應(yīng)1.5.2功函數(shù)和氧化層電荷1.6mos場效應(yīng)晶體管（mosfet）1.6.1mos晶體管的工作原理1.6

4、.2mos晶體管的電流電壓方程1.7半導(dǎo)體的光-電子學(xué)效應(yīng)1.7.1內(nèi)光電效應(yīng)1.7.2外光電效應(yīng)1.7.3受激發(fā)射1.8真空電子器件基礎(chǔ)1.8.1什么是電子1.8.2自由電子在靜電場中的運動1.8.3電子在磁場中的運動1.8.4電子在復(fù)合電場和磁場中的運動1.9相圖1.9.1一元相圖1.9.2二元相圖1.9.3共晶相圖1.9.4包晶反應(yīng)及其他反應(yīng)1.10金屬膜及金屬化層1.10.1金屬膜的電阻1.10.2金屬絕緣體（膜）接觸1.10.3金屬半導(dǎo)體的歐姆接觸習(xí)題與思考題笫2章電子元器件的技術(shù)基礎(chǔ)2.1平面工藝與集成電路2.1.1硅平面型晶體管2.1.2硅平面工藝的特點2.1.3集成電路的出現(xiàn)2

5、.1.4mos晶體管在大規(guī)模集成電路中的重要地位2.1.5微電子工藝技術(shù)2.2氧化工藝2.2.1sio2膜的特性2.2.2熱生長氧化膜制備2.2.3氧化層錯2.3刻蝕技術(shù)2.3.1刻蝕工藝流程2.3.2抗蝕劑2.3.3曝光技術(shù)2.3.4顯影工序2.3.5套刻容差2.3.6刻蝕技術(shù)2.3.7干法刻蝕工藝的比較2.4擴散法摻雜技術(shù)2.4.1微電子技術(shù)對摻雜的要求2.4.2固體中的擴散模型和雜質(zhì)分布2.4.3擴散系數(shù)和擴散機制2.4.4微電子技術(shù)中的擴散方法2.4.5測量技術(shù)2.5離子注入摻雜技術(shù)2.5.1離子注入深度和注入濃度分布2.5.2離子注入設(shè)備2.5.3注入損傷和退火2.5.4離子注入層的

6、檢測2.5.5離子注入與擴散法摻雜工藝的比較2.6晶體外延生長技術(shù)2.6.1外延工藝的作用2.6.2外延設(shè)備和反應(yīng)室中的工作狀態(tài)2.6.3外延的基本原理2.6.4外延摻雜和雜質(zhì)濃度分布2.6.5外延缺陷及降低缺陷的方法2.6.6其他外延生長技術(shù)2.7表面薄膜氣相淀積技術(shù)2.7.1物理氣相淀積（pvd）技術(shù)2.7.2化學(xué)氣相淀積（cvd）技術(shù)2.7.3臺階的覆蓋問題2.7.4淀積方法的比較2.8清潔處理2.8.1表面污染及來源2.8.2清潔處理方法的分類2.8.3等離子清洗2.9雙極集成電路制造工藝2.10cmos集成電路制造工藝2.11低壓氣體放電和等離子體2.11.1自持放電2.11.2等離

7、子體的產(chǎn)生方法2.11.3氣體放電中的物理和化學(xué)現(xiàn)象2.12腐蝕2.12.1原電池的電極和電極反應(yīng)2.12.2電極電勢2.12.3電解2.12.4金屬的腐蝕和鈍化2.12.5原電池的電化學(xué)腐蝕2.12.6金屬遷移習(xí)題與思考題第3章電子元器件失效的物理模型3.1失效與環(huán)境應(yīng)力3.1.1失效的定量判據(jù)3.1.2失效的分類3.1.3環(huán)境應(yīng)力與失效3.1.4環(huán)境保護(hù)設(shè)計3.1.5材料的結(jié)構(gòu)與失效3.2失效物理模型3.2.1界限模型3.2.2耐久模型3.2.3應(yīng)力-強度模型3.2.4反應(yīng)速度論阿列里烏斯(arrhenius)模型3.2.5反應(yīng)速度論艾林（eyring）模型3.2.6最弱環(huán)模型及串聯(lián)模型3

8、.2.7并聯(lián)模型和筷子表模型3.2.8累積損傷（疲勞損傷）模型3.3失效模式與失效機理3.3.1失效機理的各種主要原因3.3.2失效機理和失效模式的相關(guān)性3.3.3失效模式和失效機理隨時間變化3.3.4失效模式和機理與質(zhì)量等級的關(guān)系3.3.5集成電路的質(zhì)量等級習(xí)題與思考題第4章失效分析和破壞性物理分析4.1電子元器件失效分析的目的及作用4.2失效分析工作的流程和通用原則4.2.1失效分析工作的流程4.2.2電子元器件失效分析的一些原則4.3失效分析報告4.3.1失效的數(shù)據(jù)收集4.3.2失效分析報告內(nèi)容4.3.3失效分析報告格式4.3.4失效分析報告的審查、處理和應(yīng)用4.4失效機理的驗證試驗和失

9、效模式的統(tǒng)計評估4.4.1失效原因和機理的假設(shè)及分析4.4.2失效機理驗證工作4.4.3估計失效模式的發(fā)生概率和危害性4.5電子元器件失效分析的程序4.5.1電子元器件失效分析程序的步驟4.5.2中國軍用標(biāo)準(zhǔn)的微電路失效分析程序4.5.3軍用標(biāo)準(zhǔn)中微電路失效分析程序的特點4.5.4微電路失效分析程序的比較4.6破壞性物理分析4.6.1破壞性物理分析的目的和試驗項目4.6.2破壞性物理分析的作用與失效分析的關(guān)系4.6.3破壞性物理分析的方法和程序4.6.4破壞性物理分析案例習(xí)題與思考題第5章電子元器件失效分析方法5.1電子元器件失效分析的常用程序及方法5.1.1元器件的解焊技術(shù)5.1.2非破壞性

10、的分析方法5.1.3半破壞性的分析方法5.1.4破壞性分析方法5.1.5綜合評價和對策5.2失效分析中幾種常用方法介紹5.2.1結(jié)截面顯示方法5.2.2內(nèi)涂料去除方法5.2.3鈍化層等的去除方法5.2.4材料缺陷的顯示方法5.2.5擴散管道顯示方法5.2.6判斷二氧化硅層針孔的幾種方法5.2.7微小區(qū)域的探測技術(shù)5.3從失效器件的電學(xué)特性分析失效5.3.1電連接性檢測5.3.2端口的伏安特性檢測5.3.3引出端之間的電測試5.3.4晶體管異常輸出特性曲線5.3.5mos管異常輸出特性曲線5.3.6測試分析時應(yīng)注意的幾個問題5.4電子元器件失效分析技術(shù)5.4.1光學(xué)顯微鏡分析技術(shù)5.4.2紅外顯

11、微鏡分析技術(shù)5.4.3顯微紅外熱像儀分析技術(shù)5.4.4聲學(xué)顯微鏡分析技術(shù)5.4.5液晶熱點檢測技術(shù)5.4.6光輻射顯微分析技術(shù)5.4.7判斷失效部位和機理的方法5.5電子元器件失效分析常用設(shè)備5.5.1元器件失效分析的常用設(shè)備5.5.2國外可靠性失效分析實驗室設(shè)備情況習(xí)題與思考題第6章微分析技術(shù)6.1引言6.2電子顯微鏡和x射線譜儀6.2.1電子束與固體表面的作用6.2.2掃描電鏡（sem）6.2.3電子探針射線顯微分析（edx、xes和wdx）6.2.4電子束測試系統(tǒng)（ebt）6.2.5透射電鏡（tem）6.3俄歇電子能譜（）6.3.1俄歇電子能譜儀的工作原理6.3.2俄歇電子能譜在電子元器

12、件失效分析中的應(yīng)用6.3.3綜合性能分析裝置6.4二次離子質(zhì)譜（sims）6.4.1離子質(zhì)譜儀6.4.2sims在失效分析中的應(yīng)用6.5光電子能譜6.5.1射線光電子能譜(xps,esa)6.5.2紫外光電子能譜（ups）6.6盧瑟夫背散射頻譜學(xué)（rbs）6.7其他微分析技術(shù)6.7.1中子活化分析（naa）6.7.2射線熒光（xrf）6.7.3激光反射（）6.7.4nra和edx6.8檢測缺陷的iddq測試技術(shù)習(xí)題與思考題笫7章在管理工作中的失效分析和失效分析事例7.1電子元器件失效分析事例7.1.1齊納二極管的失效分析7.1.2功率晶體管的疲勞壽命7.1.3由塵埃引起的開關(guān)接點接觸不良的分析

13、7.1.4對由硅污染引起的接觸不良現(xiàn)象的分析7.1.5短路原因的分析7.1.6開路原因的分析7.1.7特性劣化原因的分析7.1.8鈍化層過薄7.1.9氧化層缺陷7.1.10半導(dǎo)體器件內(nèi)部可動多余物的失效分析7.2失效分析在工程管理中的應(yīng)用7.2.1電子元器件和vlsi的制造環(huán)境7.2.2vlsi對硅單晶材料的要求7.2.3液體中微粒子的測定7.2.4半導(dǎo)體的表面檢測技術(shù)習(xí)題與思考題第8章電子元器件的電極系統(tǒng)及封裝的失效機理8.1金屬膜和金屬化層的失效機理8.1.1機械損傷8.1.2非歐姆接觸和接觸電阻過大8.1.3結(jié)尖峰與結(jié)穿刺的失效8.1.4鋁金屬化再結(jié)構(gòu)造成器件失效8.1.5氧化層臺階處金

14、屬膜斷路8.1.6過合金化造成器件失效8.1.7金屬化互連線開路的失效定位方法8.2金屬的電遷移8.2.1電遷移現(xiàn)象8.2.2電遷移引起的器件失效模式8.2.3提高抗電遷移能力的措施8.2.4vlsi與電遷移8.2.5vlsi中的銅互連技術(shù)8.3引線鍵合的失效機理8.3.1鍵合工藝差錯造成失效8.3.2內(nèi)引線斷裂和脫鍵8.3.3金屬間化合物使aual系統(tǒng)失效8.3.4熱循環(huán)使引線疲勞而失效8.3.5內(nèi)涂料應(yīng)力造成斷絲8.3.6鍵合應(yīng)力過大造成失效8.3.7引線鍵合失效的分析技術(shù)8.4電子元器件電極系統(tǒng)焊（壓）接的失效8.4.1焊接、壓接的失效模式8.4.2焊接的主要失效機理8.4.3消除焊接失

15、效和隱患的措施8.5芯片貼裝失效機理8.5.1銀漿燒結(jié)8.5.2合金焊8.5.3有機聚合物粘接8.5.4芯片粘接失效的分析技術(shù)8.6電子元器件封裝的可靠性8.6.1電子元器件封裝的要求和類型8.6.2封裝的失效模式8.6.3金屬封裝的失效機理8.6.4塑料封裝的失效機理8.6.5封裝失效的分析技術(shù)8.7電極系統(tǒng)和封裝的腐蝕8.7.1電子元器件外引線的腐蝕8.7.2電子元器件內(nèi)引線的腐蝕8.8電子元器件的熱應(yīng)力失效8.8.1熱應(yīng)力來源8.8.2熱應(yīng)力失效8.8.3電子元器件的熱匹配設(shè)計8.9提高電極系統(tǒng)和封裝可靠性的基本保證8.9.1封裝8.9.2金屬8.9.3其他材料8.9.4內(nèi)部導(dǎo)體8.9.

16、5封裝元件材料和鍍涂8.9.6器件鍍涂工藝8.9.7芯片的鍍覆與安裝8.9.8零件鍍涂工藝8.9.9返工規(guī)定（gjb33a中規(guī)定）習(xí)題與思考題第9章半導(dǎo)體和微電子器件的失效和可靠性9.1微電子器件的失效模式和失效機理9.1.1集成電路主要失效機理9.1.2半導(dǎo)體器件、集成電路失效模式與相應(yīng)的失效機理9.2微電子器件的表面失效模式與失效機理9.2.1氧化層中的電荷9.2.2二氧化硅層缺陷對器件性能的影響9.2.3二氧化硅中正電荷對器件性能的影響9.2.4硅-二氧化硅的界面陷阱電荷對器件性能的影響9.3vlsi中金屬-半導(dǎo)體接觸系統(tǒng)的可靠性9.3.1鋁硅接觸系統(tǒng)9.3.2硅化物對器件性能的影響及其

17、可靠性問題9.4微電子器件的體內(nèi)失效模式和失效機理9.4.1熱電效應(yīng)引起器件的失效9.4.2晶體缺陷對器件性能和可靠性的影響9.5微電子電路超薄柵介質(zhì)的可靠性9.5.1概述9.5.2薄氧化層的與時間相關(guān)的介質(zhì)擊穿9.5.3熱載流子效應(yīng)9.6過電應(yīng)力失效9.6.1過電應(yīng)力失效及其判定9.6.2過電應(yīng)力耐量試驗9.6.3微電子器件的過電應(yīng)力失效案例9.7閂鎖效應(yīng)9.7.1閂鎖效應(yīng)及其機理9.7.2閂鎖發(fā)生條件9.7.3閂鎖的檢測方法9.7.4cmos電路的防閂鎖設(shè)計9.7.5cmos電路閂鎖失效的案例9.8動態(tài)存儲器中的軟誤差9.8.1產(chǎn)生存儲器軟失效的兩種失效機理9.8.2產(chǎn)生軟誤差的條件9.8

18、.3降低軟誤差率的方法9.8.4sram中典型問題的解決方法9.9超大規(guī)模集成電路的主要失效機理和分析技術(shù)9.9.1超大規(guī)模集成電路（vlsi）的主要失效機理9.9.2vlsi漏電和短路的主要失效機理和失效定位技術(shù)9.9.3vlsi的失效分析技術(shù)的發(fā)展趨勢習(xí)題與思考題第10章阻容元件的失效模式和失效機理10.1電阻器的失效模式與失效機理10.1.1電阻器的主要參數(shù)和類別10.1.2電阻器常見失效模式與失效機理10.1.3電阻器失效機理分析10.1.4電阻器的失效分析方法10.2電位器的失效模式與失效機理10.2.1電位器的主要參數(shù)和分類10.2.2常見失效模式與失效機理分析10.3電容器的失效

19、模式與失效機理10.3.1電容器的主要參數(shù)和失效分析程序10.3.2電容器的解剖和分析方法10.3.3電容器失效模式和失效機理10.3.4電容器失效機理分析10.3.5提高電容器可靠性的措施10.3.6電容器失效分析案例10.4厚膜元件及互連線的失效模式與失效機理10.4.1薄膜元件及互連線的失效模式與失效機理10.4.2厚膜元件及互連線的失效模式和失效機理10.4.3混合電路焊接和封裝的失效模式與失效機理習(xí)題與思考題第11章繼電器和連接器的失效機理分析11.1接觸元件的可靠性物理11.1.1接觸電阻及其失效11.1.2接點粘結(jié)失效的類型及原因11.1.3接點的電腐蝕11.2繼電器、連接器和開

20、關(guān)的失效模式與失效機理11.2.1電磁繼電器的失效模式、失效機理11.2.2連接器及開關(guān)的失效模式和失效機理11.3繼電器與連接器的失效分析11.3.1失效分析的內(nèi)容11.3.2失效分析的程序11.3.3繼電器失效分析示例習(xí)題與思考題第12章光電子元器件的可靠性12.1激光器的可靠性12.1.1激光器基本理論12.1.2固體激光器的失效與可靠性12.1.3半導(dǎo)體激光器的失效與可靠性12.1.4氣體激光器的失效與可靠性12.2高功率綠光固體激光器的壽命分析12.2.1二極管泵浦綠光固體激光器系統(tǒng)組成及功能12.2.2二極管泵浦綠光固體激光器的壽命分析12.3紅外探測器12.3.1光子探測器12.

21、3.2紅外探測器的失效12.4光纖傳輸系統(tǒng)12.4.1光源12.4.2光無源器件12.4.3光器件的發(fā)展與應(yīng)用12.5光電二極管的失效模式和失效機理12.5.1ingaas/inp光電二極管基本工作原理12.5.2pin是光電二極管基本結(jié)構(gòu)圖12.5.3基本工藝及技術(shù)12.5.4失效分析的常用程序和方法12.5.5主要失效模式和失效機理12.6光纜的失效模式和失效機理12.6.1工作原理12.6.2分類、基本結(jié)構(gòu)及特性12.6.3光纜的工藝過程及技術(shù)12.6.4主要失效模式和失效機理12.6.5失效分析常用方法習(xí)題與思考題第13章真空電子器件的可靠性13.1真空電子器件的特點和重要性13.1.

22、1真空電子器件的用途和含意13.1.2真空電子器件的基本特點13.1.3真空電子器件的分類13.2微波管的主要參量13.2.1磁控管的簡單工作原理13.2.2微波管的性能參量13.3行波管的失效模式和失效機理13.3.1行波管的簡單工作原理13.3.2行波管的可靠性13.3.3失效模式及提高可靠性的技術(shù)途徑13.3.4失效分析案例（3）13.4真空電子器件陰極的可靠性13.4.1陰極發(fā)射材料13.4.2目前國內(nèi)陰極存在的共性問題13.4.3解決目前陰極問題的措施和技術(shù)途徑習(xí)題與思考題第14章電子元器件的靜電放電損傷14.1靜電的產(chǎn)生與來源14.1.1靜電的特性14.1.2靜電的產(chǎn)生14.1.3

23、靜電的來源：人和塵埃14.2靜電放電模型14.2.1人體模型（hbm）14.2.2帶電器件模型（cdm）14.2.3電場感應(yīng)模型（fim）14.2.4機械模型（mm）14.2.5帶電芯片模型（ccm）14.3靜電放電靈敏度的測量14.3.1靜電放電靈敏度（esds）的測量14.3.2靜電敏感元器件的分類14.4靜電放電失效模式和失效機理14.4.1靜電放電失效模式14.4.2靜電放電失效機理14.4.3靜電放電（esd）損傷的失效分析方法14.4.4靜電放電（esd）損傷的失效案例14.5對esd敏感元器件的失效機理和失效模式14.5.1mos結(jié)構(gòu)14.5.2半導(dǎo)體結(jié)14.5.3薄膜電阻器14

24、.5.4金屬化條14.5.5采用非導(dǎo)電蓋板、經(jīng)過鈍化的場效應(yīng)結(jié)構(gòu)14.5.6壓電晶體14.5.7小間距電極14.6防靜電放電失效的防護(hù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計14.6.1概述14.6.2防護(hù)網(wǎng)絡(luò)基本單元設(shè)計規(guī)則14.6.3元器件和混合電路的設(shè)計規(guī)則14.6.4組件設(shè)計考慮14.6.5esds元器件保護(hù)網(wǎng)絡(luò)14.6.6輸入防護(hù)電路的實驗研究14.7靜電放電失效的防護(hù)措施14.7.1防靜電工作區(qū)（epa）14.7.2eds敏感元器件使用者的防靜電措施14.7.3esds元器件包裝、運送和儲存過程中的防esd措施14.7.4器件使用時的防靜電管理14.7.5防靜電器材基本配置14.7.6制造集成電路凈化間的靜電防護(hù)

25、習(xí)題與思考題第15章電子元器件的輻射效應(yīng)15.1輻射環(huán)境15.1.1核爆炸環(huán)境15.1.2空間輻射環(huán)境15.2輻射與物質(zhì)的相互作用15.2.1半導(dǎo)體材料的輻射效應(yīng)15.2.2絕緣材料的輻射效應(yīng)15.2.3電子材料在輻射環(huán)境中的敏感性15.2.4物質(zhì)中的輻射效應(yīng)15.3輻射對電子元器件性能的影響15.3.1輻射對雙極器件性能的影響15.3.2輻射對場效應(yīng)器件性能的影響15.3.3其他電子元器件的輻射效應(yīng)15.3.4常用半導(dǎo)體分立器件的耐輻射特性15.3.5固態(tài)存儲器的單粒子效應(yīng)和多位翻轉(zhuǎn)失效15.4核輻射對微電子電路的影響15.4.1雙極集成電路15.4.2cmos集成電路15.4.3幾種數(shù)字集

26、成電路的抗輻射特性15.4.4模擬和數(shù)?；旌霞呻娐?5.5電子元器件抗輻射加固技術(shù)15.5.1抗輻射加固的一般方法15.5.2雙極型晶體管的抗核加固技術(shù)15.5.3雙極型集成電路的抗輻射加固技術(shù)15.5.4mos器件的抗輻射加固技術(shù)15.5.5光纜的抗核加固技術(shù)15.6核輻射有關(guān)專業(yè)名詞及技術(shù)用語習(xí)題與思考題附錄a部分微分析法一覽表附錄b兩種表面分析方法的性能比較附錄c各種表面分析方法的性能比較參考文獻(xiàn) 序言/前言前言本書是“電子元器件質(zhì)量與可靠性技術(shù)”叢書之一，重點闡述電子元器件失效分析中的理論基礎(chǔ)、失效的物理模型、失效分析的方法和技術(shù)、剖析電子元器件的失效模型和失效機理、靜電放電失效的防護(hù)和抗輻射加固技術(shù)?？煽啃晕锢硎巧婕暗讲牧蠈W(xué)、物理學(xué)（包括原子物理）、化學(xué)、冶金學(xué)和各種電子元器件專業(yè)諸多學(xué)科的綜合知識，失效分析中涉及到電子元器件的工作原理、結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計、制造技術(shù)及測試和檢測方法，并廣泛采用各種理化分析儀器及設(shè)備進(jìn)行分析與研究。這些對可靠性工作者和可靠性物理專家不斷地擴充知識面和更新知識是大有好處的。本書共分四個部分：第一部分為電子元器件理論基礎(chǔ)與技術(shù)基礎(chǔ)，第1章介紹了電子元器件工作原理有關(guān)的基本理論；第2章講述