静电原理

二千五百多年前,有位名叫泰利斯的希腊人,无意中发现,如果把琥珀在毛衣上摩擦,会产生一种吸力,能够把小纸片或羽毛吸起来。虽然他并不知道为何会这样,但这可说是人类首度发现了「电」。人类于两千五百多年前首度发现了电,后来我们又发现了摩擦能产生电,就把这种现象称为「静电」。

电之使用普及于一般家庭，因此使用电气之安全成为人人皆知的生活基本常识，但在使用安全上容易被人忽视，虽然电为最方便且安全之能源；若使用不当或工作时疏忽且缺乏安全知识，易导致人员的伤亡及财物损失。因此使用时应注意适当的安全防护措施及正确的使用方法。

电力的使用得当，能照明、能产生动力、能发热而且控制方便又无公害是理想的能源。但使用不当，会产生火灾，会使人触电受伤、残废，甚至于死亡。因此大家要有正确的用电知识及使用方法，才能使电力运用达到最大效果，危险性降到最低限度。现代化的家用电器多，习惯之后容易疏忽，应设法提醒电的危险性，是用电安全上最重要的工作。

由于证据确认困难，即使是详细的调查报告也不容易认定静电是致灾的元凶，且静电火花所产生的能量不大，故静电常被忽略。根据一些工业先进国家较可靠的调查统计，在工厂内因静电产生的电击案件，每年平均有十分之一的工厂发生。静电火花的能量虽小，不常造成直接伤亡事故，但因静电电击而发生坠落事件，造成间接伤亡的情形则非少见。比较可能造成静电直接伤亡的工厂，以造纸或纸器加工业为多，间接伤亡事故曾在印刷、墨水、油脂加工、涂料业发生。

1.) What is electrostatics?（静电是什么？）

所有物体都是由原子组成。每一个原子都带有相同数目的质子和电子。质子带正电，电子带负电。正常状况下，正负电荷保持平衡，而使物体保持电中性。

当我们将甲、乙两个不同的绝缘体摩擦之后，如果甲物体的电子跑到乙物体上，那么甲物体的正电荷会变得比较多而带正电；另一方面，乙物体因为从甲物体那边得到额外的电子，因此便带负电。像这种不同绝缘体因摩擦而带电的情形，就叫做『静电效应』，而因静电效应得到电子的一方，我们就说它带静电。（因为这些电在绝缘体上不会自己流走，是不会动的电，所以叫做静电）

2.) What is electric current?（电流是什么？）

当我们以导线连接电池或发电机正负极的时候，因为两极间具有电位差（电压），因而趋使电荷由高电位能处往低电位能处移动，就形成电流。

※备注：

在物理学中，以假想的正电荷流向（正极→负极）为电流的方向，事实上，正电荷不会移动，带负电的电子才会移动。因此，虚拟的电流和实际的电子流（负极→正极）是不同的，千万不要搞错了！

3.) Can electric charges be isolated?（电荷可以

分离吗？）

可以呀！如右图：当我们把带正电（或负电）

的物体接近原本呈电中性（正、负电荷均匀分

布）的金属球时，因为异性电相吸、同性电相

斥的关系，金属球上的负电荷会向左边移动，

而正电荷会向另一边移动，而使得正负电荷分

离。

4.) How can we make a plastic ruler contain some charges?（如何让塑料尺带电？）

只要拿塑料尺摩擦毛皮、头发等不同的绝缘体，就能使塑料尺带电。至于带的是正电还是负电，要看摩擦的东西是什么。（塑料尺摩擦头发后，头发上的电子会跑到塑料尺上而使塑料尺带负电）

5.) Why does the sweaters which we wear in winter contain charges?（为什冬天穿的毛衣会带电？）

冬天，当你脱下毛衣时，毛衣和头发产生摩擦，发生静电效应而带电，同时因为毛衣和头发所带的电荷电性相反，因而产生中和放电的现象，所以，在脱下毛衣时，有时可以听见微弱的劈劈啪啪声。

定义：

电击：电流流入人体的现象称为感电或触电，电击（触电现象）的严重程度，

因触电的人体部位，电流通过时间，电压高低，个人电阻值,频率而不同。

静电：静电是由电子的运动造成的，发生于相接触的两种不同的物质分离之时。在分

离的物体上电子产生电荷。若这些电荷不能离开，则成为静电，静电之名由此而来。

所有的物质中都含有电,当它受到外力的影响时便会显现出来。电分两种,一种为「正电」(+)、一种为「负电」(-)。用布或毛皮、毛质布料摩擦产生的塑料尺,因摩擦力而使塑料尺带有负电,布和毛质布料则带有正电。这种因摩擦而产生的电,就是所谓的「静电」。

静电对日常生活并无太大影响，但对如电子业般尖端科技或是药厂等地所需的Bioclean Room（BCR）来说，却是个大问题。会因破坏半导体芯片、起火、爆炸、吸附灰尘等现象，而造成生产力低落等问题。要解决这些问题就靠导电地坪。消除了静电这类肉眼看不见的问题，实现更安全清洁的环境，对提高生产力有重大贡献。

何谓ESD：

静电(Static - Electricity)可以说是无所不在的，任何两个不同材质的物体摩擦，都有可能产生静电。而当带有静电的物体接触到IC的金属接脚时所产生的瞬间高压放电，会经由金属接脚影响内部电路，所以说经由静电放电(Electro-Static Discharge, ESD)所引起的损害，是造成电子系统失效最大的潜在

原因。研究指出，如果没有静电的保护措施，那么有高达50％的electrical failure 是由ESD所造成的。

MOS组件由于它先天上就具有高输入阻抗，因此特别容易受到ESD的损害。就现代的制程而言，MOS的gate oxide厚度约在150-200炙k，甚至更小，那么只要有15-20V左右的电压，这些氧化层就会受到伤害，然而ESD脉冲的峰值常高达数千伏特，因此妥善控制ESD以及在芯片中加上ESD保护电路是必要的。

一般而言，产生ESD的来源可以分成两类：直接型和间接型。所谓直接型就是经由摩擦产生电荷的带电物体因为直接接触到IC的接脚而对IC产生影响。间接型的就是因为IC四周的电感电容中的电荷产生变化，经由感应的方式来影响IC。传统上有四种模型用来仿真ESD产生的情况：(1)Human-Body Model(HBM)，(2)Machine Model(MM)，(3)Charged-Device Model(CDM)，

(4)Field-Induced Model(FIM)。如图一所示。所谓Human-Body Model是仿真当一个带有静电的人体接触到IC的一个金属接脚，而同时此IC的另一个金属接脚接到地时，所产生的静电放电。一般而言，我们用一对电阻电容来代表人体，其中电阻值为1.5 kW，电容值为100 pF。

ESD保护电路的主要功能是当有ESD发生时，在ESD脉冲对被保护的电路造成伤害之前，可以提供适当的路径来回避它，同时此保护电路又必须强壮到可以消耗ESD脉冲的能量而不会损害到它自己。还有就是ESD保护电路