电磁脉冲对半导体器件的电流模式破坏_余稳

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半导体器件的电磁损伤效应与机理研究

半导体器件的电磁损伤效应与机理研究半导体器件的电磁损伤效应与机理研究随着科技的不断发展，半导体器件已经成为现代电子产品中不可或缺的关键部件。

然而，在一些特殊环境条件下，半导体器件可能会遭受电磁损伤，导致设备的不正常运行甚至损坏。

因此，研究半导体器件的电磁损伤效应和机理对于保障电子设备的可靠性至关重要。

电磁损伤是指外界电磁场对半导体器件产生的潜在威胁。

这些电磁场可能来自于雷电、电磁脉冲(EMP)、高温等不同来源，它们的能量和频率范围也千差万别。

当这些电磁场作用在半导体器件上时，可能会引发多种电磁损伤效应。

首先，电磁损伤可能导致半导体器件的击穿。

当外部电磁场的能量超过半导体材料的断电场强度时，会产生局部击穿现象。

这种高电压的击穿会导致半导体材料内部的电子被加速，从而使其能量超过禁带宽度，产生大量电子空穴对并导致器件损坏。

此外，击穿过程中产生的瞬态过电压也会对器件的正常工作产生一定的干扰。

其次，电磁损伤还会引起半导体器件的热损伤。

当外部电磁场的频率较高时，会在半导体材料内部产生能量吸收，使其发热。

由于半导体器件通常工作在较高的功率密度下，这种额外的热损伤可能导致器件温度过高，进而影响器件的性能和寿命。

此外，电磁损伤还会导致半导体器件的辐射损伤。

当外界电磁场的能量足够高时，会使得半导体器件内部的电子被激发，从而产生辐射。

这种辐射一方面会产生电子-空穴对，增强击穿效应；另一方面，它还可能干扰器件内电子的运动轨迹，导致器件的性能下降和故障发生。

在研究半导体器件的电磁损伤效应与机理时，需要考虑以下几个方面。

首先是寻找合适的实验方法和测试手段。

对于不同类型的电磁损伤，需要选择适合的测试设备，如雷电模拟器、易损性实验台等。

此外，还需要建立合适的测试流程，确定测试参数和评估标准。

其次，需要研究半导体器件的电磁损伤特性。

这包括了器件的击穿电压、器件温升特性和器件的辐射效应等。

通过对器件的测试和分析，可以了解其对不同电磁场的响应规律，进而确定电磁损伤机理。

电子产品之ESD防制设计

电子产品之ESD 防制设计在讨论如何设计产品避免遭受ESD损坏之前, 先要了解ESD破坏电子产品的原因, 方便后续讨论与技术的了解. ESD能量是经由传导性能量转移方式引入产品的电子组件内, 主要破坏力是瞬间峰值电流, 电压是引导放电作用的诱发位能. ESD开始时是经由直接(电流)或间接辐射方式以快速的瞬时突波冲击到电路组件上, 这当中有电流热效应也有电磁场的干扰效应. 故ESD 对造成电子组件失效情况可概分三种情形,(1) 硬件失效(Hard failure)(2) 潜在性失效(Latent failure)(3) 场强感应失效 (Field induction failure)1.硬件失效问题: ESD电弧电压(Spark voltage)窜入半导体内部使绝缘部位损坏. 如在P-N接合点短路或开路,内部绝缘的氧化层贯穿(punch-through)-金属氧化处理部位产生熔蚀(melting)等, 这都是属于永久性失效.2.潜在性失效问题: 当ESD发生时系统虽暂时受到影响,仍然可继续动作, 但功能会随时间逐渐变差, 隔数日或数周后系统出现异常, 最后成为硬件失效. 这是因为半导体组件已经受到部分不可回复的损伤, 随着使用时间日增,异常功能自会逐渐显现.这种失效是最难捉模,无法以失效模式分析确认. 若用户若遇这类产品, 应该要能意识到该产品的质量状况,尚不成熟.3.感应场强失效问题: 当 ESD的高压放电火花跟电流会对产生电场辐射效应, 这种宽带的辐射, 经常使临近的电路受干扰而失常, 如Latch-Up, 或暂时性程序错乱,及数据流失等, 严重时更会损伤硬件成为永久行硬件失效.一、ESD的防护设计由PCB 阶段开始做起谈到系统产品的静电防制设计, 必须从印刷电路板(PCB)开始做ESD的保护. 在印刷电路板上也有三种容易造成ESD失误状态如下:1.ESD电流直接流经受害电路组件的接脚造成永久性损坏: 此类模式系由外部组件(如键盘, 或I/O界面的连接器)直接联机带入ESD突波电流. 要预防这种直接伤害, 即使用一颗串联电阻或并联电容在这些电路上就可以限制流经IC的ESD电流.2.ESD电流流经地回路造成重置或损坏: 大部份的设计者都假设其电路接地为低阻抗,经ESD脉充电流通过, IC接地的阻抗极容易产生地电位跳动(Ground Bounce), 这种地弹跳会使IC重置或锁定, IC如被锁定时非常容易被供应的电源摧毁.3.电磁场间接耦合: 例如垂直板与水平板之放电, 使电路造成重置, 对于高阻抗组件曾经有损坏之报告, 这种失效模式与PCB环路面积, 机构屏蔽好坏而定.欲防护这种ESD可以从机构屏蔽和PCB设计布线着手.二、在PCB上对ESD保护常用之设计技术•PCB走线排列时加放电间隙, 这是用一组锐角三角形铜箔尖端相对, 间隔约6-10 mil,其中一端接地.• PCB走线须考虑减少对电磁场耦合的敏感度,多应用反耦合电容,可减小回路面积.反耦合电容宜选用耐高压的陶磁电容, 这些电容必须放置在靠近I/O连接器处. 如将耐高压的陶磁电容放在PCB连接器附近的VCC 和Ground,这不仅缩小了环路面积,也收到反耦合( decoupling)的作用. 另在电源及地之间加上高谐振频率的旁路电容, 可降低对感应场强及电磁场间接耦合的反应, 唯电容的等效串联电感 (ESL) 及等效串联电阻要越低越好.•在PCB 布局时可以使用低通滤波的方式疏导ESD能量, 低通滤波器是由电容与电感组合构成, 它可以阻止高频的ESD 能量进入系统. 其中电感对突波会呈现高阻抗,因而衰减了窜入系统的能量, 电容是装置在电感的输入端, 会将窜入的ESD高频频谱能量旁路到接地端. 使用环氧铁质( Ferrite)电感对ESD电流有极佳之衰减能力.•在PCB上可用箝制电路抑制瞬间高压. 如使用电压箝制二极管作抑制,在规格上必须选择能承受数kV之耐压且dv/dt脉冲响映快速, 并能在瞬间消耗大电流的二极管组件.•在PCB部局时可将对ESD敏感组件以壕沟方式与其他区域隔离, 以防止ESD事件的转移或耦合到其它功能的部位.•对间接放电的电磁场耦合及电弧效应场强辐射抵抗力而言,采用多层板比单层板可增加10倍以上的免疫力.三、系统产品之ESD防护在系统阶段的静电防制措施,最主要是从接口的连接阜作好接地, 另外机壳若为金属材质, 如要做表面处理前,机壳或机构在衔接位置务必保持导电性, 如此才可以使机壳发挥屏蔽功能. 若ESD打在机构屏蔽良好的产品上, 理论上机构内的电路是不会受影响的,这就如同以前物理学家法拉第曾经坐在金属笼试验原理相同. 但是电子产品须要有开关及按钮,因此要防止ESD能量从开关或按钮进入电路板伤及组件, 可采用导电材质的垫片或垫圈(Gasket) 以阻挡ESD 电流.目前大多数的消费性电子产品机构外壳是使用非金属材料, 例如使用塑料质外壳, 是可以免测直接接触放电项目, 若其绝缘与耐压特性不足, 在被测试空气放电 (Air discharge)时, ESD电弧会穿透外壳或从机构隙缝窜进产品内部对PCB上的IC形成二次放电 (Second arcing) 的情况. 要预防这种静电问题,可在靠近缝隙的位置旁加一片金属阻隔并接地, 一般称之为辅助接地.塑料外壳的电子产品对ESD脉冲电磁场强不具屏蔽功能, 当遇到垂直和水平金属板的间接放电测试时特别容易受到影响, 对策是要从电路板的布局减小回路面积或使用双层以上电路板,以有效降低对ESD电磁场的感应.故定在机壳的接口连接器须有接地防护措施, 其信号线可视需要状况选择用二极管或电容或突波吸做旁路保护. 对接口连接线 ( I/O cable) 要使用环氧磁磊挟扣(Ferrate core) 抑制ESD电流流窜到主要控制电路. 但是用电容器旁路时必须留意电容器未置,如位置不对反而会把ESD电流引到主电路影响IC组件.在系统接地方式宜采用单点对机构(机壳)接地,当高频的ESD电流经机壳至地的路径,因有接地电阻存在, 对ESD电流经不同的接地点,会产生共模噪声电压(V1,V2)干扰系统功能. 因应对策是使用单点接地.故定机构或机壳的金属螺丝不宜穿透到内部,它会形成辐射天线, 当ESD对该螺丝做接触放电时,则ESD能量完全经由该螺丝对内部辐射及作尖端放电. 如金属外壳有开孔未加保护处理, 则经过表面的ESD电流会透过该槽孔对内产生辐射，保护对策可加辅助接地隔离.。

ESD对微波半导体器件损伤的物理机理分析

ESD对微波半导体器件损伤的物理机理分析吴东岩;谭志良【摘要】为了得到电磁脉冲对微波半导体器件的损伤规律,进而研究器件的静电放电损伤机理,首先对半导体器件静电放电的失效模式即明显失效和潜在性失效进行了介绍;其次分析了器件ESD损伤模型;最后通过对器件烧毁的物理机理进行分析,得到器件在静电放电应力下内在损伤原因.在ESD电磁脉冲作用下,器件会产生击穿效应,使内部电流密度、电场强度增大,导致温度升高,最终造成微波半导体器件的烧毁.%In order to obtain the damage rule of microwave semiconductor devices caused by electromagnetic pulse and study the electrostatic damage mechanism of the devices,the failure mode of semiconductor devices caused by ESD,such as apparent failure and potential failure,is introduced.The damage modeling is analyzed.Finally,the inherent damage reason of the device under electrostatic discharge stress is obtained by analyzing the physics mechanism of the burned device.Breakdown may happen under the action of ESD EMP,the internal electric field and the current density of the device increase,which cause the temperature rise and result in microwave semiconductor device burned.【期刊名称】《河北科技大学学报》【年(卷),期】2013(034)004【总页数】6页(P308-312,349)【关键词】静电放电;半导体器件;损伤;模式;物理机理【作者】吴东岩;谭志良【作者单位】军械工程学院静电与电磁防护研究所,河北石家庄 050003;军械工程学院静电与电磁防护研究所,河北石家庄 050003【正文语种】中文【中图分类】TN385随着电子技术的迅速发展，电子系统面临的电磁环境日益复杂，各种形式的电磁脉冲可以通过孔缝或者天线耦合等方式进入电子设备内部，影响电子设备的正常工作[1-3]。

半导体器件中的电磁辐射与抗干扰技术

半导体器件中的电磁辐射与抗干扰技术在现代科技的快速发展中，半导体器件在各个领域中都扮演着重要的角色。

然而，在半导体器件的工作过程中，电磁辐射与干扰问题常常引起人们的关注。

本文将探讨半导体器件中的电磁辐射问题以及抗干扰技术，旨在提供对这一领域的深入了解。

一、电磁辐射问题在半导体器件中，电磁辐射是指由于电路工作产生的电磁波传播至周围环境造成的现象。

电磁辐射的问题主要表现在以下几个方面：1. 电磁兼容性（EMC）问题：当多个电子设备同时工作时，它们之间可能会相互产生信号干扰，从而导致各种问题，如通信中断、数据错误等。

2. 频率干扰：某些半导体器件可能会产生高频信号，这些信号可能会干扰到其他电子设备的工作，造成数据丢失或传输错误。

3. 辐射热效应：在半导体器件工作时，由于电路中电流的流动，会产生热量。

过高的热量可能会导致设备的故障或损坏。

二、抗干扰技术为了解决半导体器件中的电磁辐射问题，人们提出了一系列的抗干扰技术，以减少电磁辐射对其他设备的干扰，同时保障器件的正常工作。

以下是一些常用的抗干扰技术：1. 屏蔽技术：使用屏蔽罩或屏蔽材料来隔离半导体器件和周围环境，减少电磁辐射的泄漏。

2. 地线设计：合理设计地线系统，减少接地电阻，提高设备的地电位。

3. 滤波器：在电路中添加滤波器，用于过滤掉高频干扰信号，保障正常信号的传输。

4. 降噪技术：通过电磁屏蔽、线路布局的改进等方式，降低电磁辐射噪声。

5. 硬件优化：改进器件的布局设计，降低电磁辐射的程度。

6. 引入抑制电路：通过引入特定的抑制电路，来降低电磁辐射的强度。

通过以上一些抗干扰技术的应用，可以有效地减少半导体器件中的电磁辐射问题，提高设备的电磁兼容性。

三、实际应用半导体器件中的电磁辐射与抗干扰技术不仅在科研领域有着重要的应用，也在各个实际应用场景中发挥着关键作用。

以下是一些实际应用的例子：1. 通信设备：在无线通信领域，半导体器件中的电磁辐射问题尤为突出。

电磁脉冲对半导体器件的电流模式破坏

电磁脉冲对半导体器件的电流模式破坏
电磁脉冲对半导体器件的电流模式破坏，是指在一个特定电压下
发生的电磁波穿透导致的器件电流模式的改变，从而影响器件的性能
表现。

电磁脉冲对器件的电流模式破坏机理主要包括绝缘电层的负载
击穿、材料介质中的电磁触发放电及半导体间隙结构的损坏。

首先，绝缘电层的负载击穿是指半导体器件内部电压差和外界电
压平衡时，产生静电放电现象，使绝缘电层破裂，从而影响器件电流
模式破坏。

其次，材料介质中的电磁触发放电指的是，由于电磁脉冲波的存在，会影响材料的介电常数和电容量，从而造成材料介质中的空穴流动，给器件制造电磁场，使器件内部电位改变，因此影响器件的电流
模式。

最后，半导体间隙结构的损坏指的是，由于电磁脉冲波的存在，
会对半导体间隙结构（如半导体栅栏和METAL-OXIDE 结构）产生破坏，进而影响器件的电流模式。

电磁脉冲波的影响可能会引起半导体器件的故障，所以在设计和
应用半导体器件时，应尽量采取有效的扩散和抗扰措施，以减少半导
体器件的电流模式破坏，从而提高器件的可靠性和稳定性。

电磁脉冲防护PPT

频率覆盖范围宽：产生的电磁脉冲约在 10kHz～100MHz的整个宽频带区域。
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各种军用电子装备的使用频率与核电磁脉冲的关系
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电磁脉冲破坏机理
电磁脉冲对设备的耦合机理可以分为辐射耦合和传导耦合（这两种耦合往往是交杂在一起的）。其表现形式为产生瞬态的高电压和高电流，进而损坏设备。
电磁脉冲作用于设备的主要途径：天线电源线信号线孔洞、缝隙
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典型的测试装置图
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测试设备安装俯视图
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RS105-3 平行板辐射系统典型安装设置
测试过程
a 打开测量设备并且待运行稳定；
b 校准：按照校准设置执行下列程序
（1）产生一个脉冲，调整脉冲发生器产生一个脉冲场，用B-dot或 D-dot探测器测量场的峰值，上升时间，脉冲宽度符合测试所需要求。警告：高压具有潜在的致命性。使用示波器记录这个波形。
无论是核电磁脉冲武器还是非核电磁脉冲武器，公开的文献都很少，做为电磁脉冲防护主要的“假想敌”, 其共同的特点都是产生一种瞬态的脉冲辐射，其能量大、上升前沿时间短、频率覆盖范围广。
设备所应具备的瞬态脉冲辐射敏感度，美军标MIL-STD-461E-RS105和国军标 GJB151A-97-RS105都做了相关的规定。
电磁脉冲弹是一种利用大功率电磁脉冲直接杀伤破坏目标或使目标丧失作战效能的非核电磁脉冲武器。这种武器由飞机或导弹在空中发射并爆炸后，其强大的脉冲功率，可将敌方的电子灵敏元件，甚至整个电子设备烧毁。这种武器的破坏目标通常不是某一种电子设备，而是某一地区的几乎所有电子设备。据称，俄罗斯已研制成功一次可释放能量100兆焦耳的电磁脉冲弹，该弹对北约的C4ISR系统威胁极大。
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电磁脉冲的破坏原理

电磁脉冲的破坏原理
电磁脉冲（Electromagnetic Pulse，简称EMP）的破坏原理涉及到电磁辐射的能量转移和电子系统的敏感性。

当发生核爆炸、雷电、太阳耀斑等事件时，会产生极高能量的电磁辐射。

这些辐射会生成短暂但强大的电磁脉冲，其频谱范围广泛，从无线电波到高能可见光、伽马射线等都包括在内。

电磁脉冲的破坏能力主要来自两方面：
1. 辐射能量：电磁脉冲携带很高能量的电磁波，能够迅速传播并穿透各种物质。

这些辐射能量可以被导体和其他电子系统中的电子元件吸收。

2. 快速变化的电磁场：电磁脉冲的强烈电场和磁场的快速变化，会在电子系统中产生电压和电流的瞬态变化。

这些变化可以使电子器件受到电压过电压和电流过电流的损害，导致系统的故障和损坏。

当电磁脉冲与电子系统相互作用时，其辐射和瞬态变化的能量会被电子元件吸收，引发电子系统中电压和电流的不稳定。

这会导致电子器件，如集成电路和传感器等，受损或完全失效。

尽管电磁脉冲可以造成巨大的破坏，但也有一些方法可以减轻其影响。

例如，通
过在电子系统周围建立环形的金属屏蔽，可以减弱电磁脉冲的影响。

此外，设计和选择具有较高耐电磁脉冲能力的电子元件，也可以提高系统对电磁脉冲的抵抗能力。

半导体三极管静电放电电磁脉冲效应实验研究的开题报告

半导体三极管静电放电电磁脉冲效应实验研究的开题报告一、选题背景与意义电磁脉冲是指在电磁场作用下的瞬间放电事件，具有高峰值、宽频谱、短脉冲、瞬态等特性。

在电磁脉冲作用下，电子器件的各种性能参数容易发生质变，引起系统故障、损坏或失效，严重影响电子系统的可靠性、稳定性和安全性。

半导体三极管是一种常用的放大器和开关元件，其性能参数对电磁脉冲具有较强的敏感度。

为了研究电磁脉冲对半导体三极管的影响，需要开展相关实验研究。

二、研究内容和方法研究内容：1.制备半导体三极管样品。

2.采用静电放电方式产生脉冲。

3.利用示波器、信号分析器等设备对半导体三极管在电磁脉冲作用下的响应进行测试，分析其性能参数变化。

方法：1.选用合适的半导体三极管样品及其参数，制备样品。

2.设计制作静电放电装置，调试参数并测试输出脉冲波形、峰值电压、脉宽等特性参数。

3.将静电放电脉冲输出信号送至待测试的半导体三极管样品，利用示波器、信号分析器等设备测试半导体三极管在电磁脉冲作用下的响应。

三、研究预期结果通过对半导体三极管在电磁脉冲作用下的响应进行测试，可以得到其相关性能参数的变化趋势，研究其耐受程度及敏感度较强的性能参数等。

同时也可以优化半导体三极管的设计、提高其抗电磁脉冲的能力、提高电子系统的可靠性。

四、研究难点及解决方案难点：1.制备半导体三极管样品的选择和处理。

2.静电放电装置的设计和参数调试。

3.测试设备的精度和测试技术的要求。

解决方案：1.根据实验要求特性和电路参数要求选择适合的半导体三极管样品进行制备，并对其进行处理。

2.根据静电放电原理、脉冲输出要求以及实验需求设计合适的静电放电装置，并对其参数进行调试。

3.选用精密的测试设备以及熟悉测试技术，并按照标准的测试流程进行测量，保证测试结果的准确性。

五、研究进度1.选题及研究意义：已明确选题，明确研究意义。

2.文献综述：已开始文献综述工作，初步了解本领域的研究现状及进展情况。

3.制备半导体三极管样品：已准备相关器材和工具，选取适合的半导体三极管样品进行处理和制备。

电磁脉冲对MOSFET的热损伤效应研究

电磁脉冲对MOSFET的热损伤效应研究居培凯;徐建明;贾巍;曹兵【摘要】针对金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)在电磁脉冲作用下的热损伤问题,提出了一种新的热分析方法,通过仿真漏极注入阶跃脉冲下器件内部的温度响应研究了其损伤机理和规律.基于热效应半导体基本方程和热流方程,建立了用于仿真的器件模型和数值模型.采用注入法,以阶跃脉冲信号为输入,仿真研究了不同偏压上升时间和幅值下的器件损伤.结果发现:阶跃脉冲电压幅值一定时,MOSFET器件内部的温升过程及最后达到的最大温度与脉冲上升时间无关,器件在经过雪崩击穿、电流模式二次击穿后,温度迅速上升直至器件烧毁,烧毁所用时间与脉冲上升时间满足线性关系;脉冲上升时间一定时,器件温升随电压幅值增加而明显加快,器件能达到的最高温度也随之增加,器件烧毁所需时间与电压幅值的大小满足幂函数关系.研究对MOSFET的电磁脉冲毁伤机理认识和加固防护设计有一定的参考价值.【期刊名称】《上海航天》【年(卷),期】2017(034)006【总页数】6页(P120-125)【关键词】金属氧化物半导体场效应管;电磁脉冲;热损伤效应;注入法;阶跃脉冲;偏压上升时间;偏压幅值;器件温升【作者】居培凯;徐建明;贾巍;曹兵【作者单位】南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;上海空间电源研究所,上海200245;上海空间电源研究所,上海200245;南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TN386.1随着电子系统面临的电磁环境日益恶化，半导体器件越来越易受到电磁脉冲(EMP)的干扰和损伤。

作为最基本的半导体器件，MOSFET被广泛用于模拟和数字电路，在电子工业中占主导地位，因此研究MOSFET在电磁脉冲作用下的损伤效应有十分重要的意义。

目前，对MOSFET损伤的研究主要集中于静电放电对MOSFET的损伤。

文献[1]通过对MOSFET进行二维模拟，研究了MOSFET在静电放电作用下的失效机制；文献[2]在分析静电放电失效机制的基础上对器件电学进行了模拟分析。

探析双极晶体管电磁脉冲损伤机理

探析双极晶体管电磁脉冲损伤机理摘要：对于半导体器件来说，其一般都是属于微型结构、微功耗的电子器件，当遭受外界电应力的作用下，会对其可靠度带来极大的影响，甚至会造成失效现象。

因此，本文主要结合BJT以及电磁脉冲的基本理论，对双极晶体管电磁脉冲损伤机理分析进行了深入的分析，并提出了相应的防护措施。

关键词：双极晶体管；电磁脉冲；BJT；EMP；损伤机理；防护措施一、引言BJT是双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor—BJT）的缩写，又常称为双载子晶体管。

在BJT的工艺中，能够将两个PN结结合到一块，从而形成了BJT，对于BJT来说，PNP和NPN是两种主要的结构形式。

电磁脉冲（EMP），可以产生外界电应力，可以对电子器件带来损害。

EMP给电子带来的损害，在当前集成度更高以及设备尺寸的降低状况下，EMP所带来的损伤就会越大，因此，本文主要结合EMP对双极晶体管所带来的损伤机理进行了深入的分析。

二、双极晶体管电磁脉冲损伤机理分析若双极晶体管（BJT）受到电磁脉冲（EMP）的作用下，就会有高电压在其上面产生作用，从而发生脉冲效应。

在这种情况下，就会在内外部有些不同寻常的表现。

在内部，双极晶体管，就会产生Kirk 效应和横向电流流动效应，此时载流子的流动分布将发生异常；在外部，器件在脉冲电压的作用下，可以根据脉冲强度的差异，将BJT的被作用阶段分为热平衡、散热以及绝热等，在每个过程之中，双极性晶体管在损伤的功率、能量以烧毁时间方面都有着较大的差别。

（1）Kirk 效应分析BJT的基区宽度在大电流时发生展宽的现象，即称为基区展宽（扩展）效应，也称为Kirk效应。

在发生大电流注入时，集电区的泊松方程修正为：在上式中，代表层的杂质浓度，而则为流过势垒区的电子密度。

如果流过集电结势垒区的电子电流完全是电子的漂移电流，而且在势垒区的电子漂移速度达到了饱和速度，那么我们可以将上式改写成：在改写的上式中，处于势垒区，为一个常数，可以将（2）式进行积分，从而得到下列结果：在上式中，主要表示当位置处的电场强度。

半导体器件的高功率微波毁伤阈值数值计算研究(信号与信息处理专业优秀论文)

ＨＰＭ的电压对器件破坏影响的动态过程，及ＰＮ结对ＨＰＭ响应的截止频率参数
｛。
本文研究途径及模拟方法为下一步ＰＮ结器件的二维模拟及试验数据的理论
分析与论证奠定了基础。
．
关键字：高功率微波一维瞬态过程模拟Ｆ１ｅｘＰＤＥ
电子科技大学硕士论文
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
ＳｔｕｄｙｉｎｇｂｕｒｎｏｕｔｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＨＰＭｔａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ’ＳｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅｅｆｆｅｃｔｏｆＨＰＭ，ｅｖａｌｕａｔｉｎｇｉｍｐａｃｔｏｆＨＰＭ，ｓｕｐｐｌｙｉｎｇｔｈｅｂａｓｉｓｆｏｒｄｅｓｉｇｎａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｏｆＨｉｇｈＰｏｗｅｒｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｅｌｅｃｔｒｏｎｃｏｎｆｒｏｎｔｌｅｖｅｌ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｒａｄａｒｌｅｖｅｌｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔ．
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电子科技大学硕士论文
第一章绪论
１．１论文的背景及研究意义
定向能武器是利用沿一定方向发射与传播的高能电磁波射束以光速攻击目标的一种新机理武器，它包括高功率微波武器、高能激光武器和粒子柬武器。定向能武器的攻击目标隐蔽、杀伤力强、既可用于防御、又可用于进攻。因此，它将成为未来信息化战场上对飞机、舰艇、坦克导弹乃至卫星等高价目标的重要武器系统。
签名：立４ｊ矮二—一日期：ｐ悻芦月圹日
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本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。

半导体三极管电磁脉冲损伤功率实验研究_杨建光

参考文献：
[1] 陈砚桥，刘尚合，武占成，等. 静电放电电磁脉冲的实验研究[J]. 强激光与粒子束，1999(11)：359-362.
[2] REINER J C, KELLER T. Impact of ESD-induced soft drain junction damage on CMOS product lifetime [J]. Microelectronics Relia-
随着微电子技术的迅速发展，各类微电子器件体积越来越小，工艺越来越精细，集成度越来越高，导致微电子器件对各种电磁能量也越来越敏感。在电磁环境日益复杂的今天，提高各类微电子器件的抗电磁能力迫在眉睫 [1]。仅以静电放电为例，静电放电不仅可以对电子设备造成严重的干扰和损伤，而且还可能形成潜在性危害[2]，使电子设备的工作可靠性降低，引发重大工程事故。国内外报道的由静电放电导致卫星失控、火箭发射失败、飞机失事等恶性事故有数十起之多[3]。静电放电造成的危害，在全球微电子技术领域每年损失高达数百亿美元。研究方波电磁脉冲对半导体三极管的干扰与损伤可以为今后研究各类电磁脉冲对微电子系统的影响打下良好的基础，具有十分重要的意义[4]。本文针对硅微波低噪声三极管采用方波源进行电磁脉冲注入的电过应力实验方法，得出相关的定量结果，同时运用统计分布的方法探索三极管损伤阈值的分布规律。
半导体三极管电磁脉冲损伤功率实验研究
杨建光 1，武占成 2 (1. 张家口职业技术学院基础部，河北张家口 075051；2. 军械工程学院静电与电磁防护研究所，河北石家庄 050003)
摘要：针对硅微波低噪声三极管 2S C3399 进行方波电磁脉冲效应实验，主要研究三极管在方波电磁脉冲作用下造成损伤的损伤功率表达式，通过对损伤功率进行统计分布，发现三极管损伤能量值基本符合正态分布。关键词：半导体三极管；方波电磁脉冲；损伤功率；损伤能量中图分类号：TM 23 文献标识码：A 文章编号：1002- 087 X(2009)07- 0611- 04

半导体器件的失效分析与退化机理研究

半导体器件的失效分析与退化机理研究半导体器件是现代电子技术的基础，被广泛应用于各种电子器件中，如计算机、手机、智能家居等等。

随着电子技术的不断发展，半导体器件的需求和要求也越来越高，因此半导体器件的性能和可靠性越来越受到关注。

然而，半导体器件也会遇到失效，这对其应用造成了极大的影响。

因此，研究半导体器件的失效分析和退化机理，对于保证其可靠性具有重要的意义。

半导体器件失效分类：半导体器件的失效可分为可逆性失效和不可逆性失效。

可逆性失效是指半导体器件在特定工作条件下失效，但当备件在其它条件下工作时，故障可被恢复，如静电放电、过温失效等。

不可逆性失效则是指器件在特定工作条件下失效并不能恢复，如机械损坏、永久性晶体管损坏和漏电流变大等。

半导体器件失效原因及退化机理：（1）制造工艺缺陷在制造半导体器件的过程中，各种因素都可能会导致制造工艺的缺陷，如生产设备的偏差、操作员的错误等。

这些因素可能导致半导体器件存在永久性的缺陷，这些缺陷可能在器件使用过程中导致失效。

（2）热退化当一个半导体器件在长时间运行中部分区域温度较高时，温度高于其阈值温度时，就会发生热退化。

这会导致器件中的元器件性能变差，甚至失效。

（3）电压应力引起的注入/抽出电场下的快速电离使得 PN 结区域出现子级，从而使载流子注入过多，使器件失效。

对于晶体管，由于电压过大造成了 PN 结区域的击穿，导致器件失效。

（4）氧化/腐蚀不良的工作环境或使用材料的限制可能会导致半导体器件发生氧化或腐蚀，导致元件失效。

因此，在使用半导体器件时应该尽量保证其运行环境良好。

（5）中性缺陷中性型缺陷是一种无电荷缺陷，可能会影响器件的性能。

在半导体器件中，硅晶体中的不纯物质，例如碳，这些不纯物质将形成中性缺陷，从而影响器件的性能。

（6）封装失效由于封装材料的老化或物理变形（振动、冲击），封装失效可能会导致封装中的连线中断或器件宕机等问题。

如何提高半导体器件的可靠性：（1）要求设备生产环节和产品使用过程的严格控制；（2）要求修改产品规格或改变使用条件；（3）对于不可逆失效的半导体器件，选择质量保证效果良好的原厂备件；（4）改善环境条件；（5）提高产品的可靠性设计水平。

电磁脉冲发展现状及未来趋势分析

电磁脉冲发展现状及未来趋势分析电磁脉冲（EMP）作为一种高能电磁辐射现象，具有短脉冲、宽频谱、高峰值功率等特点，对现代社会的电子系统和基础设施可能造成严重危害。

电磁脉冲的产生源于自然界，如太阳风暴和地球磁层改变，也可以人为引发，如核爆炸和高功率微波炮等。

了解电磁脉冲的发展现状和未来趋势对于有效预防和减轻其对社会造成的影响具有重要意义。

目前，电磁脉冲的研究和应用已经进入了一个新的阶段。

在军事领域，电磁脉冲被用于研发和测试电子设备的抗干扰能力，以确保其在电磁环境恶劣条件下的正常工作。

此外，电磁脉冲也被广泛应用于各种电子战装备中，用于干扰和破坏敌方的电子设备和通信系统。

在民用领域，电磁脉冲的研究主要集中在两个方面。

首先，人们关注电磁脉冲对现有电子设备和通信系统的潜在威胁。

随着电子设备的普及和数字化进程的加速，电磁脉冲对现代社会的威胁越来越严重。

因此，研究电磁脉冲的影响，改善设备的抗干扰能力，以及开发高效的保护措施已经成为重要课题。

其次，人们对电磁脉冲的利用进行了积极探索。

近年来，电磁脉冲在治疗癌症和神经系统疾病等方面显示出了巨大的潜力。

未来，电磁脉冲的发展趋势将主要体现在以下几个方面。

首先，随着电子技术的不断发展，电磁脉冲的产生和应用手段将更加多样化和高效化。

从传统的核爆炸引发的电磁脉冲到现在的高功率微波炮、射频器件和超导技术等，技术手段的不断创新将极大地推动电磁脉冲的发展。

其次，电磁脉冲的研究将更加注重对抗干扰和防护措施的研究。

由于电磁脉冲的威胁越来越严重，保护现有的电子设备和通信系统已经成为一项紧迫的任务。

未来的研究将侧重于开发更加高效、可靠的防护技术和装备。

最后，电磁脉冲的应用前景广阔，将在更多的领域发挥重要作用。

例如，在军事领域，电磁脉冲将继续发挥重要决策支持和作战力量干扰的作用。

在民用领域，电磁脉冲将用于医疗和科研领域，为人类的健康和科学研究带来更多的福祉和突破。

在电磁脉冲的发展过程中，人们兴趣更多地聚焦在如何解决其潜在威胁和发挥其广泛应用的问题。

GaAs器件电磁脉冲效应实验与毁伤机理研究

通道１
通道２数字示波器
通道３
图１ＥＭＰ工作原理图
Ｆｉｇ．１ＷｏｒｋｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＥＭＰ
在器件的能量损伤阈值等效实验电路图２中，
输入ｋ
输出信号
ｋ
式中：ｇＲ．为能量损伤阈值；ｙｉ。为输入信号；ｇ。。。为输出信号；Ｔｗｉｄｔｈ为脉冲宽度时间。
２静态ＥＭＰ（电磁脉冲）实验测试方法和结果
对地接入电阻Ｒｏ，并达到与脉冲源输出负载尽可
能匹配的目的。监测输入端与该接地电阻Ｒｏ上的
输出电压，电磁脉冲损伤器件阈值
Ｅ＝ＩＵｔ
（１）
式中：，＝Ｖｏ。。／Ｒｏ，为通过器件上电流；Ｕ＝Ｖｉ。一Ｋ吡，为器件结上的电源”或“栅一漏”结上的沉积能量
Ｔ，
ＥＲ，＝芬×（ｙｉｎ－Ｖｏｕｔ）×气ｄＩｈ
（２）ＧａＡｓ低噪声器件在ＥＭＰ冲击之后旧Ｊ，未烧毁的器件虽然电参数还未完全失效，但关键参数已发生了一些变化，如Ｇ．Ｄ反向漏电流，，变大，噪声系数ⅣＦ发生退化，见表３。
（３）ＧａＡｓ低噪声器件在ＥＭＰ冲击后，栅．漏反向漏电流会显著增大（至少２倍），但在常温存放８０ｈ之后，栅．漏反向漏电流有恢复现象，其恢复数值与ＥＭＰ冲击之前原始数值持平（甚至还要低），见表２。其潜在失效机理尚待今后深入分析与研究［１ｏｌ。
李用兵等：ＧａＡｓ器件电磁脉冲效应实验与毁伤机理研究
条件等有关。本文针对ＧａＡｓ微波低噪声器件，分析了电磁脉冲对其效应实验、损伤阈值能量以及损伤机理等的影响。
１静态ＥＭＰ（电磁脉冲）损伤测量方法
在器件没有加入静态工作电压条件下，对器件易损端对“源一栅”极问或“栅一漏”极间注入ＥＭＰ信号，在极间沉积的能量会造成器件损伤或烧毁。器件损伤或烧毁的瞬间，在器件极间所沉积的能量称为损伤阈值。图１为本次实验ＥＭＰ工作原理图［２１。

电磁脉冲对半导体器件的电流模式破坏_余稳

第11卷　第3期强激光与粒子束V o l.11,N o.3 1999年6月HIG H PO W ER L ASER AN D P A RT ICL E BEAM S Jun.,1999　文章编号:　1001—4322(1999)03—0355—04电磁脉冲对半导体器件的电流模式破坏余　稳,　蔡新华(常德师范学院电磁理论研究所,湖南常德415000)黄文华,　刘国治(西北核技术研究所,西安市69信箱,710024) 摘　要:　利用时域有限差分(FD T D)方法,对电磁脉冲引起半导体器件的毁坏过程进行了数值模拟,得到了无负载半导体pn结器件在快前沿(ns量级)电磁脉冲作用下的瞬态行为,及由于电流引起的器件烧毁过程中器件参数的变化情况。

关键词:　电磁脉冲;　半导体器件;　电流模式;　时域有限差分中图分类号:　O475;　O472.4;　O241.82 文献标识码:　A 核爆炸或定向能武器(DEW)等产生的电磁脉冲可使电子系统暂时失灵或永久失效。

为研制更好的武器系统和更好地防御电磁武器的进攻,开展电磁脉冲对电子系统的破坏机理研究具有十分重要的意义[1]。

由于受到器件、系统的复杂性和产生电过应力(EO S)的电磁环境等诸多因素的限制,试验研究非常困难,因此有必要从理论上研究电磁脉冲对电子系统的破坏机理,研究组成电子系统的器件。

1　基本原理及器件结构通常情况下,半导体器件的行为可由电子连续性方程、空穴连续性方程和泊松方程描述,对高压瞬态情形,还必须考虑热流方程及方程系数(如迁移率、热导率等)对温度和电场的依赖关系[2]。

可用解析模型、数值计算模型求解,其中又可分为热模型、电模型、电热模型等[1]。

本文数值计算采用电热模型,并计及相关系数与温度和电场的关系,该模型考虑的相关因素最全面,所做的假设最少。

器件结构采用如下模型:pn结为pnn+结构,结两侧为欧姆接触。

在n+基底硅材料上掺杂1.0×1025m-3的施主杂质(N sub),在其表面生长一层10.0μm厚的n型外延层(掺杂受主浓度N epi= 1.0×1021m-3),此时的杂质分布可用余误差函数描述,受主杂质扩散入外延层而形成p 区,杂质分布为高斯型,其中:表面浓度N sur= 1.0×1025m-3,深度D= 3.0μm处的浓度N in t= 1.0×1021m-3,该器件模型与器件1N4148相似[2]。

光电磁脉冲效应对电子元器件的损伤分析

光电磁脉冲效应对电子元器件的损伤分析章节一：引言随着现代社会的不断发展，电子元器件在各行各业中的应用越发普及。

但是，电子元器件的灵敏度也越来越高，受到各种因素的影响，电子元器件的丢失率也越来越高。

其中，光电磁脉冲效应是电子元器件的损坏一个常见的因素。

在现代化电子战争的背景下，分析光电磁脉冲效应对电子元器件的损坏是非常有必要的。

章节二：光电磁脉冲效应的基本定义光电磁脉冲是一种由高能电子流及其相应的电磁场而产生的电磁脉冲。

在强源后方，光电磁脉冲的能量密度可以达到每平方厘米数十万瓦以上。

它是一种具有破坏性的电磁脉冲，可以对电子元器件造成严重的影响。

章节三：光电磁脉冲损伤机理光电磁脉冲通过强电磁场以及强电磁辐射，作用于高灵敏度元器件，造成了元器件内部电荷转移的错乱，随着电磁脉冲的不断作用，电荷的不断转移可能会对其进行损坏。

由于光电磁脉冲强烈的电磁辐射会诱导导体上的电子移动，这种电子移动产生的电流会对元器件产生单独的影响。

章节四：光电磁脉冲对半导体器件的损伤在半导体器件中，光电磁脉冲的作用会给原来的PN结构带来一些改变，甚至在一些情况下会造成可逆的Seffeck效应和不可逆的永久损坏。

在这些永久损坏参数中，阈值降低被证明是最普遍和紧急的，Gate Oxide和Leakage电流，以及容差和其它特征小的变化也是经常出现的。

同时，也有研究证明，在光电磁脉冲的作用下，半导体器件中的电子会产生很强的热失控现象，所以半导体器件的热冲击是光电磁脉冲效应所容易造成的损伤形式之一。

章节五：光电磁脉冲对电感元器件的损伤电感元器件刻意使用了漏磁来完成其功能，屏蔽漏磁的金属外壳是一个完美的反射器，可以使得电感元器件的吸收出射方向分别与入射方向相反。

但是，在光电磁脉冲的作用下，电感元器件内部的电流和磁场体系会发生变化，进而形成电压尖峰，加剧棒磁流，引起铁损、铜损及段间击穿，最终导致电感元器件的损坏。

章节六：光电磁脉冲对电容元器件的损伤在电容元器件中，光电磁脉冲引起的最明显损伤是极化掉电子元素的损坏。

电磁脉冲干扰下的集成电路防护技术研究

电磁脉冲干扰下的集成电路防护技术研究电磁脉冲（Electromagnetic Pulse，简称EMP）是一种高能量电磁辐射，它可以对电子设备和通信系统造成严重的干扰甚至破坏。

随着科技的发展和国家安全形势的变化，电磁脉冲干扰对集成电路的防护技术研究成为当务之急。

一、引言随着电磁脉冲技术的不断进步，电子设备已经成为现代社会不可或缺的一部分。

然而，电磁脉冲干扰的威胁也愈发严峻。

特别是在军事、能源、金融等领域，电磁脉冲攻击可能造成无法挽回的损失。

因此，集成电路的防护技术研究对于确保国家安全和电子设备的稳定运行至关重要。

二、电磁脉冲干扰的原理电磁脉冲干扰是指由高能电磁脉冲辐射引起的设备功能障碍或破坏。

电磁脉冲干扰的主要特点是宽带和高能量，能够对集成电路产生破坏性影响。

它的主要来源包括核爆炸、雷击、恶意电磁脉冲武器等。

电磁脉冲通过电磁感应和电磁辐射作用于集成电路，产生感应电流和感应电压，破坏电子器件的正常工作状态，导致设备故障或者数据丢失、损坏。

三、集成电路防护技术的发展现状为了防止电磁脉冲对集成电路的损害，国内外学者和工程师展开了一系列的研究，逐渐形成了集成电路防护技术的体系。

目前，主要的防护技术包括物理屏蔽、电路设计技术和工艺改进技术等。

物理屏蔽是最常见也是最有效的防护技术之一，通过合理的屏蔽结构和材料选择，能够实现对电磁脉冲的屏蔽作用。

例如，在设计电路的时候采用金属外壳或者金属屏蔽罩来防止电磁脉冲的侵入。

电路设计技术通过选择合适的电磁脉冲抵抗器件、优化电磁脉冲响应电路等手段来提高集成电路的抗干扰能力。

通过在设计阶段考虑到电磁脉冲对电路的影响，并采取适当的措施来减小干扰，可以有效地降低电磁脉冲干扰的风险。

工艺改进技术是在集成电路制造过程中采用特殊的工艺或设备，增加电路的防护能力。

例如，在铜电路板表面加装金属屏蔽层，提高电磁脉冲的抵抗能力。

此外，还可以采用特殊的材料和结构设计来改善集成电路的防护性能。

四、集成电路防护技术研究的挑战尽管目前集成电路防护技术已经取得了一定的进展，但仍存在一些挑战需要克服。

电磁脉冲破坏对硬盘数据的影响分析

电磁脉冲破坏对硬盘数据的影响分析第一章电磁脉冲简介电磁脉冲（Electromagnetic Pulse, EMP）是指一种电磁干扰波，由于瞬态电磁场的变化而产生，其能量广泛分布于较长的频率范围内，易引起一些关键设备的故障、损坏及数据丢失等现象。

电子设备对于电磁脉冲都有一定的敏感度，其中硬盘是最为容易受电磁脉冲影响的设备之一。

因此，对电磁脉冲对硬盘数据的影响分析，既有理论意义，也有实际应用价值。

第二章硬盘结构与ITP分析硬盘是一种计算机外部存储设备，其主要由盘片组成。

盘片表面有大量的磁性材料，且能够自旋，形成磁性场。

硬盘在工作时，磁头将数据写入盘片对应的磁性区域中。

此外，硬盘还由起停头、转速电机、电路板等组成。

鉴于硬盘的结构特点，我们可以通过ITP（Induced Transient Pulse）方法对电磁脉冲对硬盘数据的影响分析。

ITP法是流行的电机测试方法，应用该方法可以较好地模拟电磁脉冲对硬盘的影响，并得到其影响程度的实际数据。

第三章电磁脉冲破坏原理电磁脉冲对硬盘的损坏主要通过以下两种方式进行：1. 磁性颗粒结构改变：电磁脉冲产生时，会造成磁性矩方向快速改变，直接导致硬盘磁性颗粒矫顽力变化，颗粒矫顽力不足导致数据误码，或磁性颗粒结构改变而导致数据丢失。

2. 电路元件损坏：电磁脉冲高峰价值太大，会让电路板上的电路元件受到过大的电流冲击而引起瞬间短路，此时数据传输和存储设备即可被损坏，导致数据丢失。

第四章实验分析模拟实验结果表明：电磁脉冲对于硬盘的影响会导致硬盘读/写信号的瞬间干扰，使得数据在传输过程中失真。

但因硬盘故障而导致的数据丢失状况较少见，多数情况下通过数据恢复软件可恢复大部分丢失数据。

此外，数据恢复过程需要一定的时间，对于急需数据的用户会造成一定的不便。

电磁脉冲产生时长、能量和频率均会影响其对硬盘数据的损坏程度。

在一定程度上，减小电磁脉冲产生的能量及频率，可有效避免其对硬盘数据造成的损坏，提高硬盘的抗干扰能力的同时，也可有效保护硬盘内存数据不被损坏或丢失。

浅谈电磁脉冲对通信设备的影响及防护

一＿一及盼护
瞿建新魏建辉许玉昆／吉林省长春市中国人民解放军装甲兵技术学院
［摘要］随着大规模集成电路和智能化在通信设备中的广泛应用，电磁脉冲效应对电子设备特别是通信设备构成了重的威胁。严本文针对电磁脉冲对通信设备的影响，提出了提高通信设备对电磁脉冲防护能力的措施。［关键字］电磁脉冲通信设备防护
一、
ｃ２１ｅ２电磁脉冲可直接使通信设备的微波电子设备失效或ｍ —Ｗ／的ｍ
者烧毁。能量密度为１Ｗ／ｒ — ０Ｗ／ｍ２的强电磁脉冲辐射形成０ｅ２１０ｃａ的瞬变电磁场，会在装备金属壳体产生瞬态电磁场，并感应进入壳体内部电路，产生感应电压，使通信设备出现功能紊乱、误码、逻辑混乱，甚至永久失效的结果。
１电磁脉冲能量传输途径．２电磁脉冲对通信设备的影响主要通过以下几种方式：１天线耦合。）通信设备的天线是接收电磁波能量的主要装置，电磁波耦合到天线就会产生感应电流或电压。而电磁脉冲在天线上产生的感应电流或电压是非常大的，这个电流或电压一旦进入通信设备内部就会影响系统的正常运转，甚至使其瘫痪。２）孔洞或缝隙耦合。当孔洞或缝隙的尺寸大于电磁波的半波长时，这时即使对电磁波采取了某些防护措施如在系统外加装屏蔽体，电磁波仍然可以顺着孔洞或缝隙进入屏蔽壳体内造成系统部件的损坏。３）电缆耦合。电磁波很容易沿着暴露于屏蔽体外的电缆进入系统从而破坏整个系统。４）回路耦合。电磁波发生电磁场耦合后，其所产生的强电流注人大地后又会通过回路回流，从而影响和破坏通信设备。１３电磁脉冲对通信设备的影响电磁脉冲产生后，进入系统的脉冲能量会因为所处脉冲电场的强度、冲持续时间，脉以及系统所采用的防护措施的不同而不同，对各类元件的损坏效果也有差异。通信设备的存储电路、逻辑电路、放大电路等都可能因为瞬间过压而烧毁，以至于无法正常工作。能量密度为０１Ｗ／２～Ｗ／２的电磁脉冲可以对相应波段．ｅ０ｍ１ｅａｒ的通信设备产生强干扰，使设备不能正常工作。能量密度为０１．Ｗ／０