可靠性物理内容简介

1、内容简介内容简介本书是“电子元器件质量与可靠性技术”从书之一，较全面地论述并介绍了电子元器件可靠性物理的基础知识和失效分析技术。全书分为四个部分。首先阐述了电子元器件失效分析中的理论基础，包括有关原子物理学、材料学、化学、冶金学及元器件的基本工作原理，介绍了与元器件失效相关的制造工艺和技术；第二部分论述了失效的物理模型，介绍了失效分析程序、常用的失效分析方法和技术，以及用于失效分析的较先进的微理化分析技术；第三部分结合具体的元器件：微电子器件、阻容元件、继电器及连接器、光电子器件和真空电子器件，以及元器件的引线和电极系统的失效模式和失效机理加以剖析，提出了提高电子元器件可靠性的措施。最后阐述了

2、元器件静电放电失效的原理和防护；元器件的辐射效应和抗辐射加固技术。本书供从事各类电子元器件的研制、生产和使用的科技人员、管理人员、质量和可靠性工作者学习与参考，也可供高等学校电子、电工、光电子、真空电子、材料和信息类等相关专业的师生阅读。 图书目录绪论0.1信息时代与电子元器件0.1.121世纪是信息时代0.1.2信息技术的发展趋势0.1.3电子元器件的发展0.2电子元器件的质量和可靠性0.2.1一代器件、一代整机、一代装备0.2.2电子元器件的定义0.2.3电子元器件可靠性物理研究的内容0.2.4电子元器件的质量和可靠性第1章电子元器件的理论基础1.1固体及半导体导电理论简介1.1.1晶体的

3、基本类型1.1.2晶体的结构1.1.3晶体的能带结构1.1.4n型和p型半导体1.1.5载流子的漂移与扩散1.1.6金属热电子发射和接触电势差1.2基础元件1.2.1电阻器1.2.2电感器1.2.3电容器1.3pn结1.3.1pn结的空间电荷区1.3.2pn结的伏安特性1.3.3pn结的势垒电容和扩散电容1.3.4pn结的击穿1.4晶体三极管1.4.1半导体晶体管的发明1.4.2双极（型）晶体管的静态特性1.4.3双极晶体管的频率特性1.5半导体表面概论1.5.1半导体表面效应1.5.2功函数和氧化层电荷1.6mos场效应晶体管（mosfet）1.6.1mos晶体管的工作原理1.6.2mos晶

4、体管的电流电压方程1.7半导体的光-电子学效应1.7.1内光电效应1.7.2外光电效应1.7.3受激发射1.8真空电子器件基础1.8.1什么是电子1.8.2自由电子在静电场中的运动1.8.3电子在磁场中的运动1.8.4电子在复合电场和磁场中的运动1.9相图1.9.1一元相图1.9.2二元相图1.9.3共晶相图1.9.4包晶反应及其他反应1.10金属膜及金属化层1.10.1金属膜的电阻1.10.2金属绝缘体（膜）接触1.10.3金属半导体的欧姆接触习题与思考题笫2章电子元器件的技术基础2.1平面工艺与集成电路2.1.1硅平面型晶体管2.1.2硅平面工艺的特点2.1.3集成电路的出现2.1.4mo

5、s晶体管在大规模集成电路中的重要地位2.1.5微电子工艺技术2.2氧化工艺2.2.1sio2膜的特性2.2.2热生长氧化膜制备2.2.3氧化层错2.3刻蚀技术2.3.1刻蚀工艺流程2.3.2抗蚀剂2.3.3曝光技术2.3.4显影工序2.3.5套刻容差2.3.6刻蚀技术2.3.7干法刻蚀工艺的比较2.4扩散法掺杂技术2.4.1微电子技术对掺杂的要求2.4.2固体中的扩散模型和杂质分布2.4.3扩散系数和扩散机制2.4.4微电子技术中的扩散方法2.4.5测量技术2.5离子注入掺杂技术2.5.1离子注入深度和注入浓度分布2.5.2离子注入设备2.5.3注入损伤和退火2.5.4离子注入层的检测2.5.

6、5离子注入与扩散法掺杂工艺的比较2.6晶体外延生长技术2.6.1外延工艺的作用2.6.2外延设备和反应室中的工作状态2.6.3外延的基本原理2.6.4外延掺杂和杂质浓度分布2.6.5外延缺陷及降低缺陷的方法2.6.6其他外延生长技术2.7表面薄膜气相淀积技术2.7.1物理气相淀积（pvd）技术2.7.2化学气相淀积（cvd）技术2.7.3台阶的覆盖问题2.7.4淀积方法的比较2.8清洁处理2.8.1表面污染及来源2.8.2清洁处理方法的分类2.8.3等离子清洗2.9双极集成电路制造工艺2.10cmos集成电路制造工艺2.11低压气体放电和等离子体2.11.1自持放电2.11.2等离子体的产生方

7、法2.11.3气体放电中的物理和化学现象2.12腐蚀2.12.1原电池的电极和电极反应2.12.2电极电势2.12.3电解2.12.4金属的腐蚀和钝化2.12.5原电池的电化学腐蚀2.12.6金属迁移习题与思考题第3章电子元器件失效的物理模型3.1失效与环境应力3.1.1失效的定量判据3.1.2失效的分类3.1.3环境应力与失效3.1.4环境保护设计3.1.5材料的结构与失效3.2失效物理模型3.2.1界限模型3.2.2耐久模型3.2.3应力-强度模型3.2.4反应速度论阿列里乌斯(arrhenius)模型3.2.5反应速度论艾林（eyring）模型3.2.6最弱环模型及串联模型3.2.7并联

8、模型和筷子表模型3.2.8累积损伤（疲劳损伤）模型3.3失效模式与失效机理3.3.1失效机理的各种主要原因3.3.2失效机理和失效模式的相关性3.3.3失效模式和失效机理随时间变化3.3.4失效模式和机理与质量等级的关系3.3.5集成电路的质量等级习题与思考题第4章失效分析和破坏性物理分析4.1电子元器件失效分析的目的及作用4.2失效分析工作的流程和通用原则4.2.1失效分析工作的流程4.2.2电子元器件失效分析的一些原则4.3失效分析报告4.3.1失效的数据收集4.3.2失效分析报告内容4.3.3失效分析报告格式4.3.4失效分析报告的审查、处理和应用4.4失效机理的验证试验和失效模式的统计

9、评估4.4.1失效原因和机理的假设及分析4.4.2失效机理验证工作4.4.3估计失效模式的发生概率和危害性4.5电子元器件失效分析的程序4.5.1电子元器件失效分析程序的步骤4.5.2中国军用标准的微电路失效分析程序4.5.3军用标准中微电路失效分析程序的特点4.5.4微电路失效分析程序的比较4.6破坏性物理分析4.6.1破坏性物理分析的目的和试验项目4.6.2破坏性物理分析的作用与失效分析的关系4.6.3破坏性物理分析的方法和程序4.6.4破坏性物理分析案例习题与思考题第5章电子元器件失效分析方法5.1电子元器件失效分析的常用程序及方法5.1.1元器件的解焊技术5.1.2非破坏性的分析方法5

10、.1.3半破坏性的分析方法5.1.4破坏性分析方法5.1.5综合评价和对策5.2失效分析中几种常用方法介绍5.2.1结截面显示方法5.2.2内涂料去除方法5.2.3钝化层等的去除方法5.2.4材料缺陷的显示方法5.2.5扩散管道显示方法5.2.6判断二氧化硅层针孔的几种方法5.2.7微小区域的探测技术5.3从失效器件的电学特性分析失效5.3.1电连接性检测5.3.2端口的伏安特性检测5.3.3引出端之间的电测试5.3.4晶体管异常输出特性曲线5.3.5mos管异常输出特性曲线5.3.6测试分析时应注意的几个问题5.4电子元器件失效分析技术5.4.1光学显微镜分析技术5.4.2红外显微镜分析技术

11、5.4.3显微红外热像仪分析技术5.4.4声学显微镜分析技术5.4.5液晶热点检测技术5.4.6光辐射显微分析技术5.4.7判断失效部位和机理的方法5.5电子元器件失效分析常用设备5.5.1元器件失效分析的常用设备5.5.2国外可靠性失效分析实验室设备情况习题与思考题第6章微分析技术6.1引言6.2电子显微镜和x射线谱仪6.2.1电子束与固体表面的作用6.2.2扫描电镜（sem）6.2.3电子探针射线显微分析（edx、xes和wdx）6.2.4电子束测试系统（ebt）6.2.5透射电镜（tem）6.3俄歇电子能谱（）6.3.1俄歇电子能谱仪的工作原理6.3.2俄歇电子能谱在电子元器件失效分析中

12、的应用6.3.3综合性能分析装置6.4二次离子质谱（sims）6.4.1离子质谱仪6.4.2sims在失效分析中的应用6.5光电子能谱6.5.1射线光电子能谱(xps,esa)6.5.2紫外光电子能谱（ups）6.6卢瑟夫背散射频谱学（rbs）6.7其他微分析技术6.7.1中子活化分析（naa）6.7.2射线荧光（xrf）6.7.3激光反射（）6.7.4nra和edx6.8检测缺陷的iddq测试技术习题与思考题笫7章在管理工作中的失效分析和失效分析事例7.1电子元器件失效分析事例7.1.1齐纳二极管的失效分析7.1.2功率晶体管的疲劳寿命7.1.3由尘埃引起的开关接点接触不良的分析7.1.4对

13、由硅污染引起的接触不良现象的分析7.1.5短路原因的分析7.1.6开路原因的分析7.1.7特性劣化原因的分析7.1.8钝化层过薄7.1.9氧化层缺陷7.1.10半导体器件内部可动多余物的失效分析7.2失效分析在工程管理中的应用7.2.1电子元器件和vlsi的制造环境7.2.2vlsi对硅单晶材料的要求7.2.3液体中微粒子的测定7.2.4半导体的表面检测技术习题与思考题第8章电子元器件的电极系统及封装的失效机理8.1金属膜和金属化层的失效机理8.1.1机械损伤8.1.2非欧姆接触和接触电阻过大8.1.3结尖峰与结穿刺的失效8.1.4铝金属化再结构造成器件失效8.1.5氧化层台阶处金属膜断路8.

14、1.6过合金化造成器件失效8.1.7金属化互连线开路的失效定位方法8.2金属的电迁移8.2.1电迁移现象8.2.2电迁移引起的器件失效模式8.2.3提高抗电迁移能力的措施8.2.4vlsi与电迁移8.2.5vlsi中的铜互连技术8.3引线键合的失效机理8.3.1键合工艺差错造成失效8.3.2内引线断裂和脱键8.3.3金属间化合物使aual系统失效8.3.4热循环使引线疲劳而失效8.3.5内涂料应力造成断丝8.3.6键合应力过大造成失效8.3.7引线键合失效的分析技术8.4电子元器件电极系统焊（压）接的失效8.4.1焊接、压接的失效模式8.4.2焊接的主要失效机理8.4.3消除焊接失效和隐患的措

15、施8.5芯片贴装失效机理8.5.1银浆烧结8.5.2合金焊8.5.3有机聚合物粘接8.5.4芯片粘接失效的分析技术8.6电子元器件封装的可靠性8.6.1电子元器件封装的要求和类型8.6.2封装的失效模式8.6.3金属封装的失效机理8.6.4塑料封装的失效机理8.6.5封装失效的分析技术8.7电极系统和封装的腐蚀8.7.1电子元器件外引线的腐蚀8.7.2电子元器件内引线的腐蚀8.8电子元器件的热应力失效8.8.1热应力来源8.8.2热应力失效8.8.3电子元器件的热匹配设计8.9提高电极系统和封装可靠性的基本保证8.9.1封装8.9.2金属8.9.3其他材料8.9.4内部导体8.9.5封装元件材

16、料和镀涂8.9.6器件镀涂工艺8.9.7芯片的镀覆与安装8.9.8零件镀涂工艺8.9.9返工规定（gjb33a中规定）习题与思考题第9章半导体和微电子器件的失效和可靠性9.1微电子器件的失效模式和失效机理9.1.1集成电路主要失效机理9.1.2半导体器件、集成电路失效模式与相应的失效机理9.2微电子器件的表面失效模式与失效机理9.2.1氧化层中的电荷9.2.2二氧化硅层缺陷对器件性能的影响9.2.3二氧化硅中正电荷对器件性能的影响9.2.4硅-二氧化硅的界面陷阱电荷对器件性能的影响9.3vlsi中金属-半导体接触系统的可靠性9.3.1铝硅接触系统9.3.2硅化物对器件性能的影响及其可靠性问题9

17、.4微电子器件的体内失效模式和失效机理9.4.1热电效应引起器件的失效9.4.2晶体缺陷对器件性能和可靠性的影响9.5微电子电路超薄栅介质的可靠性9.5.1概述9.5.2薄氧化层的与时间相关的介质击穿9.5.3热载流子效应9.6过电应力失效9.6.1过电应力失效及其判定9.6.2过电应力耐量试验9.6.3微电子器件的过电应力失效案例9.7闩锁效应9.7.1闩锁效应及其机理9.7.2闩锁发生条件9.7.3闩锁的检测方法9.7.4cmos电路的防闩锁设计9.7.5cmos电路闩锁失效的案例9.8动态存储器中的软误差9.8.1产生存储器软失效的两种失效机理9.8.2产生软误差的条件9.8.3降低软误

18、差率的方法9.8.4sram中典型问题的解决方法9.9超大规模集成电路的主要失效机理和分析技术9.9.1超大规模集成电路（vlsi）的主要失效机理9.9.2vlsi漏电和短路的主要失效机理和失效定位技术9.9.3vlsi的失效分析技术的发展趋势习题与思考题第10章阻容元件的失效模式和失效机理10.1电阻器的失效模式与失效机理10.1.1电阻器的主要参数和类别10.1.2电阻器常见失效模式与失效机理10.1.3电阻器失效机理分析10.1.4电阻器的失效分析方法10.2电位器的失效模式与失效机理10.2.1电位器的主要参数和分类10.2.2常见失效模式与失效机理分析10.3电容器的失效模式与失效机

19、理10.3.1电容器的主要参数和失效分析程序10.3.2电容器的解剖和分析方法10.3.3电容器失效模式和失效机理10.3.4电容器失效机理分析10.3.5提高电容器可靠性的措施10.3.6电容器失效分析案例10.4厚膜元件及互连线的失效模式与失效机理10.4.1薄膜元件及互连线的失效模式与失效机理10.4.2厚膜元件及互连线的失效模式和失效机理10.4.3混合电路焊接和封装的失效模式与失效机理习题与思考题第11章继电器和连接器的失效机理分析11.1接触元件的可靠性物理11.1.1接触电阻及其失效11.1.2接点粘结失效的类型及原因11.1.3接点的电腐蚀11.2继电器、连接器和开关的失效模式

20、与失效机理11.2.1电磁继电器的失效模式、失效机理11.2.2连接器及开关的失效模式和失效机理11.3继电器与连接器的失效分析11.3.1失效分析的内容11.3.2失效分析的程序11.3.3继电器失效分析示例习题与思考题第12章光电子元器件的可靠性12.1激光器的可靠性12.1.1激光器基本理论12.1.2固体激光器的失效与可靠性12.1.3半导体激光器的失效与可靠性12.1.4气体激光器的失效与可靠性12.2高功率绿光固体激光器的寿命分析12.2.1二极管泵浦绿光固体激光器系统组成及功能12.2.2二极管泵浦绿光固体激光器的寿命分析12.3红外探测器12.3.1光子探测器12.3.2红外探

21、测器的失效12.4光纤传输系统12.4.1光源12.4.2光无源器件12.4.3光器件的发展与应用12.5光电二极管的失效模式和失效机理12.5.1ingaas/inp光电二极管基本工作原理12.5.2pin是光电二极管基本结构图12.5.3基本工艺及技术12.5.4失效分析的常用程序和方法12.5.5主要失效模式和失效机理12.6光缆的失效模式和失效机理12.6.1工作原理12.6.2分类、基本结构及特性12.6.3光缆的工艺过程及技术12.6.4主要失效模式和失效机理12.6.5失效分析常用方法习题与思考题第13章真空电子器件的可靠性13.1真空电子器件的特点和重要性13.1.1真空电子器

22、件的用途和含意13.1.2真空电子器件的基本特点13.1.3真空电子器件的分类13.2微波管的主要参量13.2.1磁控管的简单工作原理13.2.2微波管的性能参量13.3行波管的失效模式和失效机理13.3.1行波管的简单工作原理13.3.2行波管的可靠性13.3.3失效模式及提高可靠性的技术途径13.3.4失效分析案例（3）13.4真空电子器件阴极的可靠性13.4.1阴极发射材料13.4.2目前国内阴极存在的共性问题13.4.3解决目前阴极问题的措施和技术途径习题与思考题第14章电子元器件的静电放电损伤14.1静电的产生与来源14.1.1静电的特性14.1.2静电的产生14.1.3静电的来源：

23、人和尘埃14.2静电放电模型14.2.1人体模型（hbm）14.2.2带电器件模型（cdm）14.2.3电场感应模型（fim）14.2.4机械模型（mm）14.2.5带电芯片模型（ccm）14.3静电放电灵敏度的测量14.3.1静电放电灵敏度（esds）的测量14.3.2静电敏感元器件的分类14.4静电放电失效模式和失效机理14.4.1静电放电失效模式14.4.2静电放电失效机理14.4.3静电放电（esd）损伤的失效分析方法14.4.4静电放电（esd）损伤的失效案例14.5对esd敏感元器件的失效机理和失效模式14.5.1mos结构14.5.2半导体结14.5.3薄膜电阻器14.5.4金属

24、化条14.5.5采用非导电盖板、经过钝化的场效应结构14.5.6压电晶体14.5.7小间距电极14.6防静电放电失效的防护网络设计14.6.1概述14.6.2防护网络基本单元设计规则14.6.3元器件和混合电路的设计规则14.6.4组件设计考虑14.6.5esds元器件保护网络14.6.6输入防护电路的实验研究14.7静电放电失效的防护措施14.7.1防静电工作区（epa）14.7.2eds敏感元器件使用者的防静电措施14.7.3esds元器件包装、运送和储存过程中的防esd措施14.7.4器件使用时的防静电管理14.7.5防静电器材基本配置14.7.6制造集成电路净化间的静电防护习题与思考题

25、第15章电子元器件的辐射效应15.1辐射环境15.1.1核爆炸环境15.1.2空间辐射环境15.2辐射与物质的相互作用15.2.1半导体材料的辐射效应15.2.2绝缘材料的辐射效应15.2.3电子材料在辐射环境中的敏感性15.2.4物质中的辐射效应15.3辐射对电子元器件性能的影响15.3.1辐射对双极器件性能的影响15.3.2辐射对场效应器件性能的影响15.3.3其他电子元器件的辐射效应15.3.4常用半导体分立器件的耐辐射特性15.3.5固态存储器的单粒子效应和多位翻转失效15.4核辐射对微电子电路的影响15.4.1双极集成电路15.4.2cmos集成电路15.4.3几种数字集成电路的抗辐

26、射特性15.4.4模拟和数模混合集成电路15.5电子元器件抗辐射加固技术15.5.1抗辐射加固的一般方法15.5.2双极型晶体管的抗核加固技术15.5.3双极型集成电路的抗辐射加固技术15.5.4mos器件的抗辐射加固技术15.5.5光缆的抗核加固技术15.6核辐射有关专业名词及技术用语习题与思考题附录a部分微分析法一览表附录b两种表面分析方法的性能比较附录c各种表面分析方法的性能比较参考文献 序言/前言前言本书是“电子元器件质量与可靠性技术”丛书之一，重点阐述电子元器件失效分析中的理论基础、失效的物理模型、失效分析的方法和技术、剖析电子元器件的失效模型和失效机理、静电放电失效的防护和抗辐射加固技术。可靠性物理是涉及到材料学、物理学（包括原子物理）、化学、冶金学和各种电子元器件专业诸多学科的综合知识，失效分析中涉及到电子元器件的工作原理、结构和工艺设计、制造技术及测试和检测方法，并广泛采用各种理化分析仪器及设备进行分析与研究。这些对可靠性工作者和可靠性物理专家不断地扩充知识面和更新知识是大有好处的。本书共分四个部分：第一部分为电子元器件理论基础与技