金属电迁移与失效分析：电容失效机理深度探讨

本篇文章主要探讨了如何通过反向I-V特性来确定电容元件的失效机理，以及电容失效分析在电子元器件可靠性物理中的应用。首先，文章明确了失效的定义，包括特性剧烈或缓慢变化导致的不能正常工作，区分了致命性失效、缓慢退化和间歇失效等不同类型的失效。失效物理作为一门专门研究电子元器件失效机理的学科，其重点在于揭示失效的物理化学根源。 例如，文中提到了两个具体的失效机理：金属电迁移导致的互连线电阻增大或开路，以及电子风效应在电流密度超过10E5A/cm2且高温条件下的影响。这些失效模式需要通过实验手段进行纠正，比如高温淀积、优化材料组合等。 文章强调了失效物理在失效分析和可靠性评价中的重要作用。失效分析不仅帮助确定失效模式和机制，还能提出预防措施以避免故障重复发生；可靠性评价则利用失效物理模型选择合适的模拟试验方法，评估产品的可靠性和抗各种应力的能力，如抗ESD、过电应力和静电放电等。 本文还介绍了两种主要的失效物理模型：应力-强度模型和应力-时间模型（反应论模型）。应力-强度模型适用于偶然失效和致命性失效，特点是失效过程迅速，特性变化显著；而应力-时间模型考虑了激活能和时间效应，适合于缓慢退化和长期失效，如金属电迁移、腐蚀和热疲劳。 为了理解这些概念，作者用力学公式进行了类比，展示了温度应力如何通过时间累积影响器件的寿命。温度越高，反应速率越大，寿命可能缩短；反之，反应速率小则寿命较长。通过反向I-V特性分析和失效物理模型的应用，工程师可以更有效地理解和预测电子元器件的失效情况，从而提高产品的可靠性和耐用性。