有关esd的失效机理包括：
a.热二次击穿； b.金属化熔融； c.介质击穿；
d.气弧放电； e.表面击穿； f.体击穿。
a、b和f的失效机理与能量有关，而c、d和e的失效机理与电压有关。上述所有失效机理适用于微电子器件和半导体器件。在薄膜电阻器中明显的为失效机理b或d；在压电品体中为失效机理f。除了这些致命失效机理以外，还有因失效机理d而使未封装的电路芯片和lsi mos集成电路表现出暂时失效，此种失效由于封壳内盖板和村底之间作为气体电弧放电的副产品而附着在芯片上的正电荷造成。
热二次击穿
热二次击穿通常称为二次击穿。因为半导体材料的热时间常数一般比与esd脉冲有关的瞬变时间要大得多，所以从功率耗散的区域有一点热扩散出来，并且在器件上能形成巨大的温度梯度。局部结温能接近材料的熔化温度，因熔解引起过热点的发展并导致结短路。这种现象被定义为热二次击穿。由于结熔发生在双极型（p-n）结上，因此在结上能清耗足够的功率。在反向偏压条件下，大部分施加的功率在结中心处被吸收，在器件的非结处消耗的功率很小。而在正向偏压条件下，结表现为低阻抗。即使当较大电流流过时，功率的大部分在器件的体电阻上耗散掉。因此，通常在正向偏置条件下结的失效要求更大的功率。对于大多数品体管而言，发射结的退化电流值比集电结更低。这是因为发射结通常尺寸较小。对于相反极性的信号，直到结击穿前仅有非常小的微安级电流流过。击穿时，电流增加且因过热点的集中和电流聚集而导致结发热。在二次击穿点上，电流因电阻率的下降而迅速增加，并且形成破坏结的熔解通道。这种失效模式是与功率相关的过程。
金属化熔融
当esd的瞬变过程使元器件的温度大到足以熔化金属化层或使键合引线烧熔时，也能引起失效。有理论模型可以对引起各种材料的失效电流进行计算，它与面积和电流的持续时间有关。该模型假设互连材料具有均匀的面积。事实上维持均匀的面积是困难的；由于横截面积不均匀能在金属化层引起局部电流聚集和过热。当金属化条跨越氧化层台阶时，其横截面积减小，这种类型的失效就可能发生。在高频时由于结的分流作用，产生这种失效需要的功率比在低频时使结损坏所需要的功率大一个数量级。在200～500mhz以下，结电容对电流仍呈现高的阻抗，使结处电流分流。
介质击穿
当在绝缘区两端施加的电位差超过该区域固有的击穿电压特性时，将会发生介质击穿。这种形式的失效是由于电压而非能量，并且会引起与脉冲能量有关的全部或有限的元件性能退化。例如，如果脉冲中的能量不足以使击穿的电极材料发生熔化，那么元件可能在电压击穿后还能得到恢复。在这样的事件发生后，它通常表现为较低的击穿电压或增大的漏电流，但不是致命的元件失效。但这种类型的失效会引起潜在的失效从而导致连续使用中的致命失效。绝缘层的击穿电压是脉冲上升时间的函数，因为绝缘材料的雪崩效应是需要时间的。
气体电弧放电
当元件中未被钝化的薄层电极之间间距很小时，气体电弧放电能使其性能退化。电弧放电会引起汽化而且使金属常常离开电极而移动。熔融和熔断不会使金属移向内电极区。在熔融和熔断时金属聚拢而流动，或沿着电极方向断开。在间隙处会有细微的金属珠，但其数量不足以引起桥接。对没有钝化层覆盖的薄金属电极，短路不会成为一个主要问题。具有厚度为4 000a、间距为3.0μm的薄金属电极的saw带通滤波器，已发现存在因esd引起的工作性能退化。
当使用较厚的例如13 500å的金属化层时，这种在典型的50μm上气弧间隙中的气体电弧放电，能够用于防护以耗散进来的高电压尖峰。
对于带有钝化／有源结易出现反型界面的lsi和存储器集成电路，封装内部的气体电弧放电能使正电荷附着在芯片上，使表面出现反型，引起失效。据报道对采用非导电性盖板的器件，尤其容易发生这种情况。采用石英盖板的紫外线可擦可编程只读存储器（uveprom）是一种特例，这时紫外线通过石英盖板中和电荷，能减弱这种失效。
表面击穿
面击穿与许多参数都有关，例如外形尺寸、掺杂程度、品格不连续或梯度有缺陷，在表面击穿过程中能耗散的瞬变功率一般是不可预知的。表面击穿的破坏机理能造成结周围的高泄漏通道，从面使结失效。这种作用和大多数电压敏感的作用如介质击穿一样，与脉冲的上升时间有关系，并且通常发生在表面击穿的电压门限已超过而在发生热失效之前。表面失效的另一种模式是在绝缘材料周围产生电弧，它类似于金属层的气弧放电。在这种情况中，放电产生于金属和半导体的区域。
体击穿
在结区由于局部高温使结的参数变化，引起体击穿。这样高的温度会使金属化层被合金或杂质扩散，导致结参数急剧的变化。通常是形成跨越结的电阻通道。热二次击穿通常比这种效应先发生。
上一篇
下一篇
esd的失效机理