| ESD分析Part(1) --静电的产生 [前言] ESD的文档是又长又难懂，所以只能分批解决之。这是第一部分，也是本网站ESD分析的走的 第一步。要了解ESD(Electrostatic Discharge)，首先要了解静电的产生机理，所以本人就从网上 搜罗了一些资料加以编辑，贴出来供大家参考。 [正文] 翻阅有关半导体的文章时，总会涉及到如晶体结构，能带，原子结构等，所以个人认为学好半 导体工程学是十分之重要。以下是一些基本概念： 分子：保持物质化学性质的一种微粒； 原子：化学变化中的最小微粒，原子中心的原子核有质子和中子，环绕原子核运转的是电子； 电子：具有最小电量的质量最小的粒子(现在有分数电量之说)； 离子：以带正电(正离子)或负电(负离子)的原子或分子形态存在。 单晶体：按照一定规则的原子序列构成的晶体； 多晶体：小的单晶体的集合； 晶体：由反映晶体特征的基本单元在三维空间堆积而成的。把基本单元叫做晶胞； 静电是一种静止的电荷，是电子不均匀分布的结果，主要是摩擦产生，其他像电场诱发，直接充电等。 摩擦电荷的极性与强度是由摩擦电序列决定： 湿度愈高，静电愈低。55%湿度的静电产生量约为10%湿度的5-20%。 ESD静电释放，电荷在不同电位物体间转移的现象。一般我们可以感知的ESD都在3000V以上。 各种元件的静电敏感度： 元件类型 静电敏感度(伏特); VMOS 30 - 1,200 Mosfet， GaAsfet， EPROM 100 - 300 JFET 150 - 7,000 OP-AMP 190 - 2,500 Schottky Diodes 300 - 2,500 Film Resistors 300 - 3,000 Schottky TTL 1,000 - 2,500 2000-4000V人体有所感知。5000V以上有火花产生。 *.注：以上来自  http://www.webjiin.net/rom/04_esd-c.htm电荷的起源与物体带电 一切电的现象都起源于电荷的存在与运动。自然界中只存在两种电荷，即正电荷与负电荷。电 荷的单位是C，称为库仑。使物体带电，叫做起电。任何物体都有可能带电。要使物体带电， 可利用摩擦起电、接触起电、静电感应等方法。物体带电实际上是获得或失去电子的结果，这 意味着电荷不能离开电子、质子而存在。电荷是电子、质子等微观粒子所具有的一种属性。 电荷守恒定律：由摩擦起电和其他起电过程的大量实验事实表明，一切起电过程其实都是使物 体上正、负电荷分离或转移的过程，在这种过程中，电荷既不能消灭，也不能创生，只能使原 有的电荷重新分布。由此就可以总结出电荷守恒定律：一个孤立系统的总电荷(即系统中所有 正、负电荷之代数和)在任何物理过程中始终保持不变。所谓孤立系统，就是指它与外界没有电 荷的交换。电荷守恒定律也是自然界中一条基本的守恒定律，在宏观和微观领域中普遍适用。 电荷的量子性：实验表明，电子是自然界具有最小电荷的带电粒子。任一带电体的电荷都是电 子电荷e的整数倍，这就是说，e是电荷的一个基本单元。当带电体的电荷发生改变时，它只 能按e的整数倍改变，不能作连续的任意改变。这种电荷只能一份一份地取分立的、不连续的 数值的性质，叫做电荷的量子化。电荷的量子就是e。不过，常见的宏观带电体 所带的电荷远 大于电子的电荷，在一般灵敏度的电学测试仪器中，电荷的量子性是显示不出来的。因此在分 析带电情况时，可以认为电荷是连续变化的。这正象人们看到江河中滔滔流水时，认为它是连 续的，而并不感觉到水是由一个个分子、原子等微观粒子组成的一样。 上图揭示摩擦起电的机理。 *.注：以上来自 http://cai.tongji.edu.cn/wanluokecheng/p04/ch10/sec01/#实验表明，丝绸摩擦玻璃棒，使玻璃棒带上正电，而毛皮摩擦橡胶棒时，使橡胶棒带上负电。 并且绝缘体更容易带电。所以也应该了解金属、半导体和绝缘体之间的关系。还有一个问题就 是晶体结构与导体之间的关系(暂时还没有找到相关资料，希望有谁能解释一下，晶体结构与超 导的关系)。 物质的导电性可以通过各自的能带加以说明。即有能级都被电子填满的满带，又有完全不存在 电子的导带。当外加电场时，电子为了能够无能运动，就必须伴有电子能量的增加。但是，满 带中的电子即使在外加电场下也不能移动，因此不能形成电流(因为若使电子能量变化，能级上 必须存在空穴)。另一方面，空的导带内又没有输送电流的电子，因此不可能形成电流。由此， 只具有满带和空的导带的固体(晶体)成为绝缘体。 绝缘体中原子间的结合力很强，需要很大的能量才能打破这些键。因此，不存在输送电流的自 由电子，显示绝缘性。绝缘体的能带图显示，与原子结合的电子填满了价带，禁带的宽度(能带 隙)很在(通常在3.5eV以上即可认为是绝缘体)，导带内没有自由电子。半导体的能带结构，基 本上也是由充满电子的价带和空的导带构成的。就是说，半导体与绝缘体具有同样的能带结 构。根据经验，带隙的大小通常在0<Eg<3.5eV范围内。 半导体的特点是原子间的结合力比较弱，因此原子振动产生的热能就会使结合键破裂。其结果 参与共价结合的电子脱离原子的束缚，在晶体中自由移动。这样，电子跃迁至导带并在价带留 下空穴。电子和空穴共同参与导电过程。 导体的带能结构，通常是导带或者被部分填充，或者是与价带互相重叠成为一个能带(也叫导 带，这时禁带消失)。当外加电场时，导带中的电子加速，获得动能，使电子能量增加。电子通 过在电场中移动参与了导电(可以想像在的能级变成空位)。因此，我们把导带中的电子叫做自 由电子或导电子。 *.注：以上来自科学出版社ISBN 7-03-009322-4《半导体工程学》 更详细请点击 http://140.114.18.41/ssp/4-2.html[结尾] 通过阅读以上文字，大家也许对静电的产生有所了解，并可以想像一下半导体带电的容易程 度。真诚希望上述文字能对大家有所帮助。如原文作者对本文的引用，觉得不妥之处，还请见 谅，并及时相告，本人会在核实后24小时内将相关部分删除，谢谢!! |
