电迁移
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电迁移(英语:Electromigration)[1]是由于通电导体内的电子运动,把它们的动能传递给导体的金属离子,使离子朝电场反方向运动而逐渐迁移,导致导体的原子扩散、损失的一种现象。由法国科学家伽拉丁约在100年前发现的。但到1966年出现集成电路后,才有更多人对它进行研究。
公式
1969年摩托罗拉公司吉姆·贝勒克的研究取得很重要的结果[2],得出由于电迁移而使电路失效的平均时间T的公式为:
这里:A为与横截面积有关的常数;J为电流密度;N为无量纲因子,一般取2; Ea为电迁移的激活能;k为波尔兹曼常数;T为温度。
影响
电流密度是一个由设计而定的参数,影晌电迁移的重要物理因素主要有温度、导线的宽度和导线的长度。
当电迁移效应出现时,由于离子流的不对称性,可造成二种电线路的失败:
- 当流走的离子通量超过流入离子通量时;形成空缺,造成开断电路。
- 当流入离子流超过流出离子流时,出现“小山丘”,造成电路短路。
发展
由于科学技术的快速发展,集成电路的密度不断提高,现已发展到应用纳米技术阶段,从2004年到2020年集成电路的三个主要参数就可看出它现在的发展趋势:
- 电流密度由1×10^4 A/cm² 到 3×10^7 A/cm²;
- 线宽由90nm缩小到15nm;
- 线长由1km/cm²增大到7km/cm²
在这样高密度的集成电路要求下,如何避免电迁移效应的发生是一个要考虑的问题。