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ESD(静电)对半导体器件的影响

一．静电的概念

静电（Electrostatic）就是相对观察者为静止或缓慢变化的电荷。静电是一种电能，它留存于物体表面；

静电是正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡的结果；静电是通过电子或离子的转移而形成的。

静电放电现象是大家都熟悉的。当天气干燥时，用塑料梳子梳头会产生放电声；脱下合成纤维衣服时产生

劈啪声，夜间还可以看到火花（空气的击穿场强为30KV/CM）；在日光灯、电视机屏幕、唱片、录音机

磁头上易于附着灰尘等现象，这都是我们日常生活中经常体验到的静电现象。

在一般工业生产中，静电具有高电位、低电量、小电流和作用时间短的特点，设备或人体上的静电位最高

可达数万伏以至数十万伏；在正常操作条件下也常达数百至数千伏。这要比市用低压电220V、380V高得

多。但所积累的静电量却很低，通常为毫微库仑（nC、10-9C）级；静电电流多为微安（μA、10-6A）

级；作用时间多为微秒（μS、10-6S）级，所以不会对人体造成伤害。

静电受环境条件，特别是湿度的影响比较大；静电测量时复现性差、瞬态现象多。

就电子元器件的生产及电子设备的装联、调试作业而言，因接触磨擦起电、人体静电与接地问题能造成很

大经济损失。初步研究发现，磨擦起电、人体静电乃是电子、微电子工业中之两大危害源。随着电子工业

的迅速发展，静电危害正在日益表露出来并逐渐受到人们的重视。

二．电子工业静电的危害形式

1．静电吸附

常常产生工作服吸尘埃污物，仪器仪表吸灰尘，PC机软盘、软驱吸尘损坏，DDC软体、自调软体

数据丢失。

2．静电放电引起的器件击穿

由ESD（静电放电）引起的元器件击穿损坏是电子工业，特别是电子产品制造业中最普遍、最严重的

静电危害。在电子产品的生产中，从元器件的预处理、插装、焊接、清洗、单板测试、调试、总装等工

序，由于接触－分离、摩擦、感应等作用，都会使操作人员、工具、工作台面、元器件、元器件包装容器

等产生静电，同时可随时对器件造成ESD损害。

当带静电的物体接触SSD（静电敏感元器件，如MOS管、IC等元件），就会发生静电放电。这种极

短时间（μS级）的突发脉冲，平均功率达几瓦，足以熔化小体积的硅，并在管芯的表面留下熔坑；ESD

电流还会引起局部过热，造成PN结熔断，使器件参数退化或失效，造成引线（铝条）的熔化而开路、造

成半导体电路芯片的薄膜电阻熔断或阻值变化。

近年来，在电子器件中，CMOS集成电路，因其消耗功率小，抗干扰能力强及工作电压范围广等优点，应

用很广泛。它是互补型的“金属－氧化物－半导体”结构，其栅极下氧化层的耐压限值约为100～500伏。

而在一系列的生产流程中，操作人员可能带上几千伏甚至几十千伏的静电，当他们一接触到CMOS器件，

就会击穿氧化层，造成器件的永久性失效或留下隐患。

几种敏感元件的敏感电压见下表：

元件名称敏感电压(V)

MOS场效应管100～200

结型场效应管140～700

CMOS集成电路250～2000

TTL集成电路300～2500

ECL（逻辑线）500～1500

3．静电感应

当导体和电介质置于静电场中，在其上感应出正或负的静电荷，其静电电压的幅值取决于静电场强

度。所以静电敏感区内不得放置产生强电场和强磁场的设备，如：大功率风扇等。

4．静电放电时产生的电磁脉冲

静电放电可产生频带几百千赫兹～几十兆赫兹、电平高达几十毫伏的电磁脉冲干扰，当脉冲干扰耦合