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微电子器件可靠性复习题

1、什么是可靠性
答:可靠性是指产品在规定条件下和规定的时间内,完成规定功能的能力。

2、固有可靠性
答:指产品的原材料性能及制成后在工作过程中所受应力,在设计阶段所赋予的,在制造过程中加以保证的可靠性。

3、使用可靠性
答:指产品在实际使用中表现出的可靠性。

4、失效
答:产品(器件)失去规定的功能称为失效。

5、可靠度,及其表达式
答:可靠度是指产品在规定的条件下,在规定的时间内,完成规定功能的概率。

表达式:R(t)=P{ξ>t}。

6、失效概率
答:失效概率是指产品在规定的条件下载时间t以前失效的概率。

7、失效概率密度
答:失效密度是指产品在t时刻的单位时间内,发生失效的概率
8、瞬时失效率
答:失效率是指在时刻t尚未失效的器件在单位时间内失效的概率。

9、平均寿命
答:器件寿命这一随机变量的平均值称为平均寿命。

10、可靠寿命
答:对一些电子产品,当其可靠度降到r时的工作时间称为产品的可靠寿命。

11、菲特的定义
答:简单地说就是100万个器件工作1000h后只出现一个失效。

12、解释浴盆曲线的各个周期的含义
答:第一区:早期失效阶段:此阶段失效率较高,失效随时间增加而下降,器件失效主要是由一种或几种具有普遍性的原因所造成,此阶段的延续时间和失效比例是不同的。

第二区:偶然失效阶段:失效率变化不大,是器件的良好阶段,失效常由多种而又不严重的偶然因素造成。

第三区:损耗失效阶段:失效率上升,大部分器件相继失效,失效是由带全局性的原因造成,损伤严重,寿命即将终止。

13、指数分布的可靠度,失效率,寿命方差,可靠寿命,中位寿命
答:指数分布可靠度:f(t)=λe-λt(0≤t<∞,0<λ<∞)失效率:λ=λe-λt/e-λt寿命方差:D(ξ)=1/λ2可靠寿命:tr(R)=ln(1/R)1/λ中位寿命:tr (0.5)=0.693*1/λ
14、什么是系统
答:系统由单元(子系统、部件或元器件)组成。

15、串联系统、并联系统的定义各自的可靠度和失效率及特点
答:系统中任何一个单元出故障都会导致整个系统出故障,或者说只有当系统中所有单元都正常工作时系统才能正常工作的系统成为可靠性串联系统。

Rs(t)是组成该系统的各单元可靠度Ri(t)的连乘积,公式大家自己写一下!失效率公式见p-17,特点:第一、串联系统的可靠度要低于组成该系统的每个单元的可靠度,且随串联疏朗增大而迅速降低。

第二、串联系统的平均寿命,也比单元的平均寿命要降低。

第三、串联系统的失效率λs(t)比单元λi(t)增大。

16、什么冷储备系统
答:备用单元在储备期中是完好的叫冷储备系统。

17、漂移失效,软失效、致命失效
答:软失效主要指由于α射线进入到Si中而产生出大量载流子所引起的失效。

18、解释氧化层中的四种电荷,对可靠性的影响,解决方法
答:(1)、固定氧化层电荷,(2)、可动电荷,(3)、界面陷阱电荷,(4)氧化层陷阱电荷。

影响:(1)、增加PN结反向漏电,降低了结的击穿电压;(2)、引起MOS器件阈值电压漂移,跨导和截止频率下降。

解决方法:(1)、对Qm,可采取各种防Na+玷污的措施,保证容器工具和氧化炉管的清洁,热氧化的气氛中加入适量HCl或氯气;(2)、对贵材料选用(100)晶向,是Qf及Qit最小,(3)、氧化层横长后进行适当高温退火处理,以降低Qf及Qit,(4)、在低频低噪声工艺中,适当腐蚀发射区表明,降低基区表明掺杂浓度,以及采用减少应变或热感生缺陷的工艺,可降低Qit,从而降低低频(1/f)噪声。

19、解释热载流子效应对器件的影响,解决方法
答:影响:(1)、热载流子效应会引起电流增益下降,PN结击穿电压的蠕变,(2)、随着沟道电流增加,热载流子增加,注入氧化层中使Qit及Qor增加,这使MOS器件的平带电压UFB、阈值电压UT漂移,跨导gm减小,变化达到一定数值即引起失效。

解决方法:(1)、轻掺杂源漏结构,(2)、采用P-I-N漏MOSFET结构,(3)、工作时限制UDS 及UBS的大小
20、解释电荷泵技术
答:见教材p-30与p-31
21、栅氧击穿的机理,解决方法
答:第一阶段是建立阶段,在电应力作用下,氧化层内部及SiO2-Si 界面处发生缺陷的积累,积累的缺陷达到某一程度后,使局部区域的电场达到某一临界值,转入第二阶段,在热、电正反馈作用下,迅速使氧化层击穿。

解决方法:注意控制材料硅中的C、O2等微量杂质的含量,在加工工艺中采取各种有效的洁净措施,防止Na+、灰尘微粒等玷污。

热氧化时次啊用二步或三步HCL氧化法:先用高温低俗生长一层约2nmSiO2,使Si-SiO2界面平整,然后再正常生长SiO2层。

可以用CVD生长SiO2或掺氮氧化以改进栅氧质量。

22、电迁移现象的原因和影响因素,解决方法
答:原因:外因是电流密度,内因是薄膜导体内结构的非均匀性。

影响因素:(1)、布线几何形状的影响,(2)、热效应,(3)、晶粒大小,(4)、介质膜,(5)、合金效应,(6)、脉冲电流。

解决方法:(1)、合理进行电路版图设计及热设计,尽可能增加条宽,降低电流密度,(2)、严格控制工艺,加强镜检,减少膜损伤,增大铝晶粒尺寸,(3)用硅-铝合金或难熔金属硅化物代替纯铝,(4)、采用以合金为基德多层金属化层,(5)、覆盖介质膜。

23、二次击穿的原因
答:二次击穿与电压、电流脉冲作用时间和基区电阻率有关。

24、闩锁效应的原因,画出寄生晶体管和等效电路,解决方法
答:原因:集成度的提高,尺寸缩小,掺杂浓度提高,寄生管的hFE 变大。

图形见教材p-50,图3.18。

解决方法:1、选材及设计改进(1)、采用SOS/CMOS工艺,(2)、采用保护环,(3)、采用N/N+外延并在阱区设置埋层;2、改进版图设计;3、遵守使用规程,确保使用可靠性。

25、扫描电镜的工作原理
答:从电子枪发出电子束,经聚光镜和物镜的作用,使束斑缩小并形成聚焦良好的电子束,在扫描线圈的磁场作用下,入射到试样表面并在表面按一定的时间-空间顺序作光栅式二维逐点扫描,入射电子与表面相互作用产生的二次电子信号,由放在试样旁边的检测器接收,所带信息送入视频放大器放大,然后加到显像管的栅极上,以控制显像管的亮度。

26、作图解释:1、画出范德堡方块电阻测试图形的基本结构图,并解释其构图原理
答:图形见教材p-118,图6.5及图6.6。

构图原理:正十字的中心部分是测试其方块电阻的有效区域,由中心伸出的四条边称为引出臂,若十字图形部分是在集电区上形成基区扩散区,由该图形测得的十字图形中央有效区位置的外基区方块电阻。

2、画出光刻套刻误差测试结构测试图形,并解释其原理
答:光刻套图误差测试结构原理图形见教材p-125,图6.18。

原理:(教材p-125从“图6.18中最大”开始,到倒数第二段结束。


实例可靠性分析:1、请写出耐湿实验的实验测试目的,以及两种实
验条件和过程
答:目的:以施加加速应力的方法评定微电路在潮湿和炎热条件下抗衰变的能力,针对典型的热带气候环境设计的。

试验条件及过程:交变潮湿试验与恒定潮湿试验。

交变潮湿试验要求被试样品在相对潮湿位90%~100%的范围内,用一定的时间使温度从25℃上升到65℃,并保持3h以上;然后再在相对湿度为80%~100%的范围内,用一定的时间使温度从65℃下降到25℃;再进行一次这样的循环后再在任意湿度的情况下降温度到-10℃,并保持3h以上;再恢复到温度25摄氏度,相对湿度等于或大于80%的状态。

2、根据自己的理解写出老炼实验和筛选试验相同和区别
答:相同点:产品都要100%地进行;
不同点:老炼试验的目的是使产品的微结构进入稳定状态,以便使产品在工作状态下具有设计者赋予的稳定功能;老炼试验一般施加长时间的温度应力或电应力,或者二者兼而有之;老炼试验也会剔除部分不能进入期望状态的产品。

筛选试验的目的是剔除不合格产品和早期失效产品,使其处于浴盆曲线的早期失效区与偶然失效区的交界。

作图解释1、做出Rcv测试图结构并解释测试原理
答:结构图见:p-119,图6.7(b)。

原理:测试方块电阻所用的“+”字形状图形是通过隔离掺杂在外延层上形成的,为了保证良好的欧姆接触,在“+”字图形四臂端头四个引线均有一个与发射区掺杂同时进行的N+掺杂区,在“+”中央为一个基区掺杂图形。

2、做出埋层方块电阻测试结构图并解释测试原理
答:结构图见教材p-120,图6.8。

原理:由于外延层方块电阻一般为每方几千欧姆,而埋层方块嗲组一般为每方几十欧姆,所以虽然从该图形上测出的应该是外延层和埋层方块电阻的并联,实际上也就是近似等于埋层的方块电阻。

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