Understanding the failure mechanisms of microwave bipolar transistors caused by electrostatic discharge

Electrostatic discharge(ESD) phenomena involve both electrical and thermal effects,and a direct electrostatic discharge to an electronic device is one of the most severe threats to component reliability.Therefore, the electrical and thermal stability of multifinger microwave bipolar transistors(BJTs) under ESD conditions has been investigated theoretically and experimentally.100 samples have been tested for multiple pulses until a failure occurred.Meanwhile,the distributions of electric field,current density and lattice temperature have also been analyzed by use of the two-dimensional device simulation tool Medici.There is a good agreement between the simulated results and failure analysis.In the case of a thermal couple,the avalanche current distribution in the fingers is in general spatially unstable and results in the formation of current crowding effects and crystal defects.The experimental results indicate that a collector-base junction is more sensitive to ESD than an emitter-base junction based on the special device structure.When the ESD level increased to 1.3 kV,the collector-base junction has been burnt out first.The analysis has also demonstrated that ESD failures occur generally by upsetting the breakdown voltage of the dielectric or overheating of the aluminum-silicon eutectic.In addition,fatigue phenomena are observed during ESD testing,with devices that still function after repeated low-intensity ESDs but whose performances have been severely degraded.     

电子辐照条件下初始电位对介质材料表面电位衰减特性的影响

为了研究航天器介质材料表面不同电位初始值对表面电位衰减特性的影响。利用航天器带电地面模拟实验设备对聚酰亚胺和聚四氟乙烯介质材料充电到不同电位值,然后关闭电子枪,用电位计测量介质材料表面电位的衰减曲线,并从理论上对cross-over现象进行分析。介质材料初始电位值越大,则表面电位衰减速度越快,且在一定的时间段内电位衰减效率随初始电位值的增大而变大;在相同的真空度条件下,对于初始电位值之和相等的两组衰减曲线,初始电位值之间差值较小的一组衰减曲线更容易出现cross-over现象;出现cross-over现象的时间和电子的迁移率相关,对于相同的两个初始电位,迁移率越大的材料则出现cross-over现象的时间越短,电位衰减会更快。航天器介质材料表面充电电位越大则衰减速度越快,在一定时间的衰减效率越高。     

基于电荷守恒定律的航天器内带电三维仿真简化模型

仿真模拟是开展航天器内带电风险评估的重要方法之一.基于电荷守恒定律,建立了内带电电位和电场三维计算模型,给出了模型的一维稳态和瞬态求解算法及二维和三维求解方案,设计了迭代算法来解耦电导率与电场强度,并分析了该迭代算法的收敛性;运用有限元算法和局部网格细化,该模型具有方便考察关键点处电场畸变的优势;与现有的辐射诱导电导率模型对比分析,新模型更适合内带电三维数值计算;与实验数据对比,验证了内带电三维计算模型的正确性.为解决航天器内介质带电评估问题提供了手段.     

真空中电子辐照下聚四氟乙烯沿面闪络电压特性

为了研究聚四氟乙烯材料(PTFE)在空间粒子环境中放电规律及其影响因素,通过实验获得了高真空低能电子辐照下PTFE高压直流沿面闪络电压,并采用等温电位衰减法测试了PTEE在辐照前及辐照后的陷阱密度,分析了影响PTEE沿面闪络电压的因素。研究结果表明:相比于无辐照时PTFE沿面闪络电压,当辐照电子能量为19~25 keV时,闪络电压明显更高;在电子束流密度不变的情况下,电子能量越高,材料表面正电荷密度越小,陷阱密度与电导率越大,电场畸形程度越小,因此闪络电压升高;当电子能量一定时,束流密度越高,初始电子数量和二次电子数量越多,因此闪络电压降低。     

瞬态抑制二极管电磁脉冲响应建模

针对目前浪涌保护器件性能分析方法不完善、缺乏准确数学模型的问题,提出了一种基于NARX神经网络的电磁脉冲响应时域建模方法,并给出NARX神经网络建模的理论基础及设计步骤。通过组建传输线脉冲测试平台及静电放电实验平台,对NUP2105L型瞬态抑制二极管进行注入实验,采集输入输出实验数据并建立NARX神经网络模型。对建模效果进行分析,所建模型可以较为准确地预测输入脉冲为方波脉冲、人体金属模型及机器模型静电放电电磁脉冲时,响应电压曲线趋势、响应时间、脉冲峰值、箝位时间及箝位电压等性能指标,验证了模型的正确性。     

传输线长度对静电放电防护器件性能测试的影响

为了研究传输线长度对静电放电防护器件性能测试结果的影响,建立了静电放电模型和传输线脉冲模型两种试验系统,对某限压型防护器件进行了快沿电磁脉冲注入试验,并进行了理论分析。结果表明:传输线长度对静电放电防护器件性能测试结果具有极大影响,选用不当会导致错误结论;在对静电放电防护器件性能测试时,应优先采用传输线脉冲测试法;当采用静电放电脉冲测试法时,其传输线长度不应小于8 m。     

静电放电作用下微波双极型晶体管的失效机理研究

通过理论建模和试验测试的方法研究了多指结构微波双极型晶体管在静电放电作用下的热稳定性和电稳定性。选择2SC3356作为受试器件,对100个测试样本进行人体模型静电放电注入实验,并从器件内部电场强度、电流密度和温度分布变化出发,用二维器件级仿真软件辅助分析了在静电放电应力下其内在损伤过程与机理。由于指间热耦合的存在,雪崩电流在各指上分布不均,局部的电流拥挤和过热效应会导致晶格损伤。试验结果表明,由于特殊的物理结构,受试器件对静电放电最敏感的端对并不是EB结,而是CB结,当静电放电电压增大到1.3KV时,CB结首先损坏。失效分析进一步表明静电放电引起的失效机理通常是介质层的击穿和局部铝硅共晶体的过热融化。静电放电注入实验的过程中存在积累效应,多次低强度的注入测试会导致潜在性失效并使器件性能大幅下降。     

典型ESD防护器件失效机理研究

瞬态电压抑制管(TVS)是电子线路设计中常用的静电放电(ESD)防护器件,其可靠性将直接影响整个电路的安全。选取常见的TVS器件PESD5V0U1BA进行研究,通过实验和仿真分析了TVS器件的短路失效机理及其影响。研究表明,当TVS器件注入高压时,器件存在缺陷的SiO2层会发生自愈性击穿。当器件的pn结发生击穿时,器件将失效。如果两个pn结都被击穿,器件的I-V曲线表现为电阻特性。当TVS器件出现损伤后,器件仍具有箝位作用,且其表现的箝位电压更低,但由于器件的漏电流发生较大的增长,将影响被保护电路的正常工作。     

探索战略性新兴产业发展模式,推动纳米技术应用产业发展

作为开展纳米科技研究较早、论文专利成果显著的纳米科技大国,我国的纳米技术产业化发展明显滞后,尚未形成纳米技术的＂产业＂共识.苏州是国内第一个把纳米技术产业作为引领转型升级的战略性新兴产业的区域,这一战略选择得到了国家、中国科学院和江苏省的高度支持.战略性新兴产业发展需要＂顶层设计、系统规划＂.苏州借鉴国际经验,结合国情和区域实际,提出构建纳米技术产业生态圈,按照产业发展需求规划布局和整合产业资源要素,形成有效互动的产业发展模式,得到国内外纳米技术科技界、产业界和政府部门的普遍认同.