辐射下电子元器件失效：电容与参数漂移解析

本篇文章主要探讨了辐射对电子元器件产生的影响，特别是电容失效的分析。电子元器件在受到辐射时，其性能可能会出现参数漂移和软失效的现象。例如，n沟道MOS器件的阈值电压可能会因为辐射而减小，这是辐射导致的阈值电压稳定性问题。 文章首先介绍了失效物理的基本概念，包括失效的定义，即器件功能发生剧烈或缓慢变化，无法正常工作，以及失效的几种类型，如致命性失效（如过电应力损伤）、缓慢退化（如MESFET的IDSS下降）和间歇失效（如塑封器件的温度敏感性）。失效物理是一门研究电子元器件失效机理的学科，它区别于器件物理，后者主要关注器件的工作原理，而失效物理则更侧重于故障的发生原因和预防。 具体到辐射影响下的失效机制，如金属电迁移，当电流密度过大（超过10^5 A/cm²）并在高温下作用时，金属互连线的电阻值可能会增大或形成开路。此外，电子风效应也是辐射导致的一种失效机理，其在特定条件下会导致互连材料性能恶化。为了纠正这些失效，可能采取的措施包括高温淀积技术、优化材料成分、降低工作温度、改进制造工艺等。 文章还提到了失效物理的两个主要用途：失效分析和可靠性评价。失效分析通过识别失效模式和机理，提出改善措施以避免故障重复；可靠性评价则依据失效物理模型来设计模拟试验，评估产品的耐用性和抗各种应力的能力，如静电放电（ESD）和温度应力。 其中，应力-强度模型和应力-时间模型是两种常见的可靠性评价模型。应力-强度模型强调了当应力超过强度时导致的失效，如ESD事件，而温度应力-时间模型则考虑了时间累积效应，如金属电迁移和热疲劳。这两种模型与力学理论有相似之处，但前者适用于偶尔发生的失效，后者适用于长期暴露于应力下的失效过程。 辐射对电子元器件的影响是一项关键的关注点，理解和掌握失效物理对于设计和维护高性能、高可靠性的电子产品至关重要。通过深入研究失效机理和应用恰当的可靠性模型，可以有效提高电子设备的抗辐射能力和使用寿命。