微电子器件范文第1篇

关键词：电子信息技术；电子产品；微电子；可靠性

0引言

自上世纪九十年代起，在微电子技术的支持下，我国电子科技均得到了举世瞩目的发展，特别是近15年来，随着大规模集成电子系统的广泛应用，电子设备的普及速度达到了前所未有的程度。在当前的发展驱使下，电子设备的小型化、便携化、多媒体化已经成为不可逆转的发展趋势，随之而来的是电子器件的进一步微型化，然而根据工学的一般概念，随着系统的复杂度提升，其系统稳定性将会出现下降。与欧美发达国家相比，我国微电子科技处于相对落后的水平，微型化电子元器件的可靠性问题，一直以来是困扰我国电子科技工作者的难题，对此，本文针对微电子器件的可靠性影响因素进行分析，并提出一些符合当前科技现状的微电子器件可靠性优化措施，以期促进我国微电子行业的发展。

1影响微电子器件可靠性的因素分析

随着电子器件的进一步微型化，影响其可靠性的因素已经不仅仅是封装等宏观层面问题，更多的将会是微观粒子层面带来的问题，因微观物理与宏观物理间存在一定的差异，因此有必要对微观状况下影响微电子器件可靠性的因素进行着重分析。

1.1热载流子效应

当微电子器件中的一般载流子通过热能、电能等获得一定的能量后，就会变成热载流子，热载流子具有较高的动能和运动活性，通过与晶格发生碰撞、打破元素价键等方式，会造成微电子元器件出现不可逆的严重损伤。由于当前微电子器件的体积不断减小，减小体积的方式无异于减少栅氧化层的厚度，随着栅氧化层厚度的降低，其抗打击能力也随之下降，在热载流子的撞击下，极易出现删氧化层击穿的现象发生，于此同时，热载流子在微电子器件中出现，会影响微电子器件中的电荷分布情况，导致微电子器件的电压阈值出现飘移，造成系统不稳定性上升，直接影响微电子器件的使用寿命和工作一致性。

1.2电迁移现象

在强大的直流电流激励下，微电子器件中的金属原子会发生移动迁移，这就是电迁移现象。在电迁移过程中，金属原子的移动方向一般与电流的方向相同，这就会使金属原子向着阳极移动，造成阴极出现金属空洞，而阳极出现金属原子堆积，当阴阳极金属量出现差异时，即会造成阴极金属截面积减小的情况发生，造成线路阴极处的阻值增大，降低微电子器件的运行速度，同时在工作时，因内部线路电阻值上升，造成局部的放热量上升，易导致线路熔毁现象出现，最终造成电气失效。

1.3静电放电

在微电子器件的使用实践中可以发现，约有三分之一的失效是由静电放电导致，对传统的放电器件的影响也很小。但是，随着现代化化的电子产品不断发展，静电放电这一问题也受到了研究人员的广泛关注。在高密度的现代化电子产品中，静电放电的磁场会对电子产品造成严重的影响，通常表现为产品的内存数据丢失或者是产品设定自动复原等，这就造成了电子器件很难进行使用。根据相关数据统计，在现代电子产品的使用过程中，大约有四分之一的器件都受到了静电放电的影响，静电放电现象已然成为了电子器件损坏的最大“元凶”。在静电放电的过程中，很容易会造成电器受到直接损伤的现象，电流会对电器中的某个部件进行影响从而使之失效。另外，如果电子器件经常在静电放电的情况下进行运作，会造成内部的器件温度升高，甚至可能会出现金属融化的现象。

2微电子器件可靠性优化的措施

2.1抑制热载流子效应

在集成电路的设计过程中，往往会通过减少沟通渠道长度的方式来增加集成电路的运算速率，或者是通过减少氧化层厚度的方法也能够达到此效果。但是这两种设计方法很容易在电路中形成热载流子效应，造成电路的温度过高而出现损坏。因此，为了能够保持电路的温度不至于受到热载流子效应的影响，可以采用以下几种方法：（1）弱化漏接端口附近的电场，对集成电路的使用环境进行全面改善，降低热载流子效应的形成外部因素。（2）降低氧化层的厚度，同时可以利用干法氧化的技术提高氧气层的质量。（3）减少热载流子的截面面积，同时减少热载流子量的注入。（4）在电路的设计上，可以利用钳位器件等全新的设计方式，例如低掺杂漏的方式。

2.2使用合金改善电迁移现象

对金属化进行电迁的改善方法有很多，一般来说有界面效应以及合金效应这两种方法。界面效应指的是热电应力增加，使得金属与金属之间或者是金属与半导体呈现出界面扩散的现象，从而造成漏电以及短路等情况。要想要解决这个问题，最好的方法就是在金属与金属之间或者是金属与半导体使用一层阻挡层进行格挡。这个阻挡层对于高温熔点、稳定性能以及化学性能都有着较高的要求，因此应当使用质量较高的材料。而合金效应值得是，在电子器件内部，AI金属的使用范围比较广，但是AI金属有着其独有的特点，很容易出现电子迁移的情况。为了进行合金效电子迁移的改善，可以使用一定比例的CU元素加入到AI金属之中，通过这种方法能够有效的增加AI金属的电子迁移寿命。此外，还可以在AI金属中加入是一定比例的Si，来减少金属之间的相互溶解现象发生的程度，这种方法也被成为使用AI-CU-SI合金，对合金电子迁移的现象进行改善。

2.3使用静电防护措施

进行静电防护的措施有很多种，下面就介绍几种常见的防护方法：（1）接地法，这种方法是防护静电最常见也是最普通的方法，指的是将物体的表面通过线或者其他方法连接到地体。由于电流会在物体的表面进行流动，使用这种方法可以将静电所释放的电流不断的引导到地面，从而减少静电所释放的电流累积程度，起到防护的效果。（2）防静电周转箱，防静电周转箱也称为防静电胶箱、导电周转箱，广泛用于各行各业的电子器件之中。零件周转便捷、堆放整齐，便于管理，可与多种物流容器和工位器配合，用于各类仓库、生产现场等多种场合。通过设备的安装可以有效的减少静电放电带来的影响。（3）生产人员穿上防静电服装，在进行电子产品的操作时，可以要求操作人员穿上防静电的服装，同时，还可以在电子产品上进行防静电剂的喷涂，以此来降低静电带来的影响。

微电子器件范文第2篇

关键词：微电子技术；教学模式；教学改革

中图分类号：G642.3文献标识码：A文章编号：1674-9324（2020）22-0194-02

21世纪被称为电子信息时代，“十三五”规划也将电子信息列为重点突破的领域和掌握的核心技术。而电子信息的基础就是微电子技术，因此增进大家对微电子技术的了解，提升大家对微电子技术的兴趣，培养更多微电子技术领域的专业人才，显得尤为重要[1]。微电子材料与器件课程作为电子和材料类专业重要的基础课程之一，将带领学生初步了解微电子领域相关知识及集成电路制造流程，为其今后从事相关的设计研发及制造工作打下基础。本课程不仅涉及理论基础，还要求对实际生产制造有较深的理解，这就要求在授课时要结合理论与实际生产，改善教学模式[2]。目前，虽然微电子产业对相关人才有较高的要求，但对于该方面人才的培养标准尚未成熟，其原因是微电子技术的发展太快，课程更新速度与实际生产进化脱节，因此如何改善教学模式，提升教学质量具有重要的现实意义。

一、微电子材料与器件课程存在的主要问题

1.教学内容与实际发展脱节。区别于其他已经发展到具有经典及长期适用性教材的学科，微电子技术是一门正在发展的学科，这就导致了它是一门需要由实际发展推动教学内容及时更新的课程。目前已经出版的相关教材与参考书，均面临着严峻的时效性问题，或还在介绍早已被淘汰的技术，或尚未引入最新的技术，再加上各版本的侧重点不一样，就使得教材的选择成为了本课程的难点之一。为了让学生实时掌握微电子技术最新的生产方式和发展趋势，必须加快相关教材的更新速度，这是本课程面临的最迫切的一个问题。

2.课程内容抽象难懂。本课程主要介绍的是半导体芯片的制造，而在这整个过程中，不论是前期的单晶生长与切割，还是后面诸如光刻、掺杂等过程，都是大家平时无法接触到的，内容比较抽象，这就使得学生在理解相关步骤与知识点时会存在一定的困难。该课程也是一门理论性较强的课程，内容需要与材料科学基础、半导体物理等课程进行联动，从而对教师的知识面提出了一定的要求，需要其将各种原理都讲清楚，否则学生容易产生乏味感，从而影响学习效率。

3.教学模式陈旧。目前依然采用老师在教室向学生授课这样的传统教学方法。在这种方法下，学生仅通过图片和文字来理解知识点，缺少从实际角度出发来思考问题的条件，有很大的局限性。

二、课程教学模式探讨与实践

1.结合实际，增强学生代入感。目前微电子技术已经广泛应用于我们的生活之中，因此在课程开始时，可以从我们身边的应用出发，提升学生对本课程的学习兴趣，同时使学生理解和认识本课程的重要意义，这对本课程的顺利开展有着重要的推动作用。

2.教学与现场实践相结合。本课程主要讲的是整个半导体芯片的制造过程，而大规模的制造需要经历上百道工序，历时数月。尽管本课程只是讲一些基础性的流程，但仍涉及清洗、氧化、气相沉积、金属化、光刻、刻蚀、掺杂、平坦化等多个工艺，而且每个工艺流程都有多个细节与注意事项，这就导致了整个课程内容多且复杂。基于此，如果能让学生实地观看和体验整个生产流程，将帮助他们更好地理解课程内容。由于芯片制造車间对清洁度等环境条件有着很高的要求，所以建议有条件的学校与生产企业进行合作，在确保安全的情况下让学生进行实地体验。

3.教学模式多样化。在传统的教学模式下，学生获取知识的方式单一，仅通过课上的PPT图片、文字以及课本来学习，容易使学生产生乏味感，失去对课程学习的兴趣。而且在这种模式下，老师单向给学生灌输知识，学生对是否理解与接受未有反馈，从而逐渐割裂老师的教学进度与学生的接受程度。因此在教学实践中，老师需要将自己的语言丰富化、专业化，将信息传递模式多样化、形象化，从而使得课堂生动化、活跃化。本课程知识点众多，老师需要明确重点与次重点，在课堂上加强与学生的交流，实时了解学生的接受程度，把握教学进度。

4.考核模式创新。考核是了解学生对一门课程掌握程度的最直接的方式，而其中使用最多的方式就是书面考试。这一方式常常为人诟病，因为在这样的方式下，学生往往觉得上课听不听无所谓，只要考试通过就行了，从而出现平时不认真，考前疯狂复习的情况。学生通过临时记忆知识点应对考试，而不是靠长期理解知识点来学习，这与课程开设的初衷相违背。这种情况更是催生了学生的考试作弊心理甚至是行动，从而导致教师不能真实地了解学生的学习情况。因此，采用一个合理的考核模式，对于课程的顺利进行至关重要。在课程实践中，采用考试、课堂演讲、课堂交流活跃度相结合的考核方式，最终得出综合总评成绩。全班分成若干组（每组人数不可过多，3～5人一组较为合适），要求每组同学完成一个指定课程相关内容的调查报告，需要结合书本知识来进行，在课堂上做10分钟的报告。在此过程中，学生需要自主理解该知识点，并进行相关检索与调查，因此该组学生对该知识点必定会有很深的理解。而对于其他知识点，或许学生听其他同学以学生的方式、从学生的角度来呈现会比听老师讲更觉有趣。在这种模式下，学生能够更好地掌握本课程。

三、对微电子材料与器件课程教学的几点思考和建议

1.构建知识网络。微电子材料与器件课程内容丰富，知识覆盖面广，涉及半导体物理、材料科学基础等多门专业基础课程。这些学科的知识点互相渗透，如果每门课程都自顾自地进行，那无疑割裂了它们的联系。这些专业基础课程基本都由本院的老师开设，因此老师之间应该加强交流。在课程进行的过程中，当讲到与其他课程相关的内容时应该相互提及，让学生明白这些课程都是相互关联的。这样一方面能让学生意识到这些课程的重要性，同时也能减小他们的心理压力，有助于构建相互关联的知识体系，形成知识网。

2.增设微电子材料与器件认识实习。目前半导体行业蓬勃发展，相关的企业也越来越多，若学校当地有相关的企业，可与其开展合作，在确保学生安全与不影响企业生产的情况下，让学生到生产线实地体验，与工作人员进行适当的交流，以帮助学生打通课本知识与实际应用之间的隔阂，有助于扩展学生的知识面，不被书本内容所局限，提高创新能力。

3.深化教学改革，培养应用型人才。开设微电子材料与器件课程的最终目的是培养社会经济发展所需要的应用型人才，这就要求一切从实际出发，以培养学生的实践能力为目标，使其在学习知识的同时也注重知识的应用，提高学生的动手能力。

微电子器件范文第3篇

关键词：智能传感器

1 汽车电子操控和安全系统谈起

近几年来我国汽车工业增长迅速，发展势头很猛。因此评论界出现了一些专家的预测：汽车工业有可能超过IT产业，成为中国国民经济最重要的支柱产业之一。其实，汽车工业的增长必将包含与汽车产业相关的IT 产业的增长。例如，虽然目前在我国一汽的产品中电子产品和技术的价值含量只占10%—15%左右，但国外汽车中电子产品和技术的价值含量平均约为22%，中、高档轿车中汽车电子已占30%以上，而且这个比例还在不断地快速增长，预期很快将达到50%。

电子信息技术已经成为新一代汽车发展方向的主导因素，汽车（机动车）的动力性能、操控性能、安全性能和舒适性能等各个方面的改进和提高，都将依赖于机械系统及结构和电子产品、信息技术间的完美结合。汽车工程界专家指出：电子技术的发展已使汽车产品的概念发生了深刻的变化。这也是最近电子信息产业界对汽车电子空前关注的原因之一。但是，必须指出的是，除了一些车内音响、视频装备，车用通信、导航系统，以及车载办公系统、网络系统等车内电子设备的本质改变较少外，现代汽车电子从所应用的电子元器件（包括传感器、执行器、微电路等）到车内电子系统的架构均已进入了一个有本质性提高的新阶段。其中最有代表性的核心器件之一就是智能传感器（智能执行器、智能变送器）。

实际上，汽车电子已经经历了几个发展阶段：从分立电子元器件搭建的电路监测控制，经过了电子元器件或组件加微处理器构筑的各自独立的、专用的、半自动和自动的操控系统，现在已经进入了采用高速总线（目前至少有5种以上总线已开发使用），统一交换汽车运行中的各种电子装备和系统的数据，实现综合、智能调控的新阶段。新的汽车电子系统由各个电子控制单元（ECU）组成，可以独立操控，同时又能协调到整体运行的最佳状态。

还可以举一个安全驾驶方面的例子，出于平稳、安全驾驶的需要，仅只针对四个轮子的操控上，除了应用大量压力传感器并普遍安装了刹车防抱死装置（ABS）外，许多轿车，包括国产车，已增设了电子动力分配系统（EBD），ABS+EBD可以最大限度的保障雨雪天气驾驶时的稳定性。现在，国内外的一些汽车进一步加装了紧急刹车辅助系统（EBA），该系统在发生紧急情况时，自动检测驾驶者踩制动踏板时的速度和力度，并判断紧急制动的力度是否足够，如果需要，就会自动增大制动力。EBA的自控动作必须在极短时间（例如百万分之一秒级）内完成。这个系统能使200km/h高速行驶车辆的制动滑行距离缩短极其宝贵的20多米。针对车轮的还有分别监测各个车轮相对于车速的转速，进而为每个车轮平衡分配动力，保证在恶劣路面条件下各轮间具有良好的均衡抓地能力的“电子牵引力控制”（ETC）系统等。

从以上列举的两个例子可以清楚看到，汽车发展对汽车电子的一些基本要求：

1.1 电子操控系统的动作必须快速、正确、可靠。传感器（+调理电路）+微处理器，然后再通过微处理器（+功率放大电路）+执行器的技术途径已经不再能满足现代汽车的要求，需要通过硬件集成、直接交换数据和简化电路，并提高智能化程度来确保控制单元动作的正确性、可靠性和适时性。

1.2 现在几乎所有的汽车的机械结构部件都已受电子装置控制，但汽车车体内的空间有限，构件系统的空间更是极其有限。理想的情况当然是，电子控制单元应与受控制部件紧密结合，形成一个整体。因此器件和电路的微型化、集成化是不可回避的道路。

1.3 电子控制单元必须具有足够的智能化程度。以安全气囊为例，它在关键时刻必须要能及时、正确地瞬时打开，但在极大多数时间内气囊是处在待命状态，因此安全气囊的ECU 必须具有自检、自维护能力，不断确认气囊系统的可正常运作的可靠性，确保动作的“万无一失”。

1.4 汽车的各种功能部件都有各自的运动、操控特性，并且，对电子产品而言，大多处于非常恶劣的运行环境中，而且各不相同。诸如工作状态时的高温，静止待命时的低温，高浓度的油蒸汽和活性（毒性）气体，以及高速运动和高强度的冲击和振动等。因此，电子元器件和电路必须要有高稳定、抗环境和自适应、自补偿调整的能力。

1.5 与上述要求同样重要，甚至有时是关键性的条件是，汽车电子控制单元用的电子元器件、模块必须要能大规模工业生产，并能将成本降低到可接受的程度。一些微传感器和智能传感器就是这方面的典范。例如智能加速度传感器，它不仅能较好地满足现代汽车的各项需要，而且因为可以在集成电路标准硅工艺线上批量生产，生产成本较低（几美元至十几或几十美元），所以在汽车工业中找到了自己最大的应用市场，反过来也有力地促进了汽车工业的电子信息化。

2 智能传感器：微传感器与集成电路融合的新一代电子器件

微传感器、智能传感器是近几年才开始迅速发展起来的新兴技术。在我国的报刊杂志上目前所使用的技术名称还比较含混，仍然笼统地称之为传感器，或者含糊地归纳为汽车半导体器件，也有将智能传感器（或智能执行器、智能变送器）与微系统、MEMS等都归入了MEMS （微机电系统）名称下的。这里介绍当前一些欧美专著中常用的技术名词的定义和技术内涵。

首先必须说明的是，在绝大多数情况下，本文大小标题及全文中所说的传感器其实是泛指了三大类器件：将非电学输入参量转换成电磁学信号输出的传感器；将电学信号转换成非电学参量输出的执行器；以及既能用作传感器又能用作执行器，其中较多的是将一种电磁学参量形式转变成另一种电磁学参量形态输出的变送器。就是说，关于微传感器、智能传感器的技术特性可以扩大类推到微执行器、微变送器-传感器（或执行器、或变送器）的物理尺度中至少有一个物理尺寸等于或小于亚毫米量级的。微传感器不是传统传感器简单的物理缩小的产物，而是基于半导体工艺技术的新一代器件：应用新的工作机制和物化效应，采用与标准半导体工艺兼容的材料，用微细加工技术制备的。因此有时也称为硅传感器。可以用类似的定义和技术特征类推描述微执行器和微变送器。

它由两块芯片组成，一是具有自检测能力的加速度计单元（微加速度传感器），另一块则是微传感器与微处理器（MCU）间的接口电路和MCU。这是一种较早期（1996年前后）的，但已相当实用的器件，可用于汽车的自动制动和悬挂系统中，并且因微加速度计具有自检能力，还可用于安全气囊。从此例中可以清楚看到，微传感器的优势不仅是体积的缩小，更在于能方便地与集成电路组合和规模生产。应该指出的是，采用这种两片的解决方案可以缩短设计周期、降低开发前期小批量试产的成本。但对实际应用和市场来说，单芯片的解决方案显然更可取，生产成本更低，应用价值更高。

智能传感器（Smart Sensor）、智能执行器和智能变送器-微传感器（或微执行器，或微变送器）和它的部分或全部处理器件、处理电路集成在一个芯片上的器件（例如上述的微加速度计的单芯片解决方案）。因此智能传感器具有一定的仿生能力，如模糊逻辑运算、主动鉴别环境，自动调整和补偿适应环境的能力，自诊断、自维护等。显然，出于规模生产和降低生产成本的要求，智能传感器的设计思想、材料选择和生产工艺必须要尽可能地和集成电路的标准硅平面工艺一致。可以在正常工艺流程的投片前，或流程中，或工艺完成后增加一些特殊需要的工序，但也不应太多。

在一个封装中，把一只微机械压力传感器与模拟用户接口、8位模-数转换器（SAR）、微处理器（摩托罗拉69HC08）、存储器和串行接口 （SPI）等集成在一个芯片上。其前端的硅压力传感器是采用体硅微细加工技术制作的。制备硅压力传感器的工序既可安排在集成 CMOS 电路工艺流程之前，亦可在后。这种智能压力传感器的技术和市场都已成熟，已广泛用于汽车（机动车）所需的各式各样的压力测量和控制单元中，诸如各种气压计、喷嘴前集流腔压力、废气排气管、燃油、轮胎、液压传动装置等。智能压力传感器的应用很广，不局限于汽车工业。目前，生产智能压力传感器的厂商已不少，市售商品的品种也很多，已经出现激烈的竞争。结果是智能压力传感器体积越来越小，随之控制单元所需的接插件和分立元件越来越少，但功能和性能却越来越强，而且生产成本降低很快。

顺便需要说说的是，在一些中文资料中，尤其是一些产品宣传性材料中，笼统地将Smart Sensor(或device)和Intelligent sensor（或device）都称之为智能传感器，但在欧美文献中是有所差别的。西方专家和公众通常认为，Smart（智能型）传感器比Intelligent(知识型)的智慧层次和能力更高。当然，知识型的内涵也在不断进化，但那些只能简单响应环境变化，作一些相应补偿、调整工作状态的，特别是不需要集成处理器的器件，其知识等级太低，一般不应归入智能器件范畴。

相信大多数读者能经常接触到的，最贴近生活的智能传感器可能要算是用于摄像头、数码相机、摄像机、手机摄像中的CCD图像传感器了。这是一种非智能型传感器莫属的情况，因为CCD 阵列中每个硅单元由光转换成的电信号极弱，必须直接和及时移位寄存、并处理转换成标准的图像格式信号。还有更复杂一些的，在中、高档长焦距（IOX）光学放大数码相机和摄像机上装备的电子和光学防抖系统，特别是高端产品中的真正光学防抖系统。它的核心是双轴向或3轴向的微加速度计或微陀螺仪，通过它监测机身的抖动，并换算成镜头的各轴向位移量，进而驱动镜头中可变角度透镜的移动，使光学系统的折射光路保持稳定。

微系统（Microsystem）和MEMS（微机电系统）-由微传感器、微电子学电路（信号处理、控制电路、通信接品等）和微执行器构成一个三级级联系统、集成在一个芯片上的器件称之为微系统。如果其中拥有机械联动或机械执行机构等微机械部件的器械则称之为MEMS。

MEMS芯片的左侧给出的是制备MEMS芯片需要的基本工艺技术。它的右侧则为主要应用领域列举。很明显，MEMS 的最好解决方案也是选用与硅工艺兼容的材料及物理效应、设计理念和工艺流程，也即采用常规标准的CMOS 工艺与二维、三维微细加工技术相结合的方法，其中也包括微机械结构件的制作。

微传感器合乎逻辑的发展延伸是智能传感器，智能传感器自然延伸则是微系统和MEMS，MEMS 的进一步发展则是能够自主接收、分辨外界信号和指令，进而能独立、正确动作的微机械（Micromachines）。现在，开发成功、并已有商业产品的MEMS品种已不少，涵盖各大领域。其中包括全光光通信和全光计算机的关键部件之一的二维、三维MEMS光开关。

微电子器件范文第4篇

1微电子工艺清洗技术的理论研究

在微电子元器件的制造过程当中，由于其体积小、制造过程复杂等众多客观原因存在，将会很有可能导致微电子元器件在其步骤繁琐的制造过程当中受到污染。这些污染物质通常会物理吸附或者是化学吸附等多种方式在电子元器件生产过程当中吸附在其表面。比如说，硅胶材质的硅片在其制造过程中污染物质通常会以离子或者是以粒子形式吸附在硅片的表面。这些污染物质还有可能存在于硅片自身的氧化膜当中。产生这一现象的原因并不奇怪，这是由于这些污染物质破坏掉了硅片表面的化学键，从而导致了在其表面形成了自然的力场，让众多污染物质轻松吸附或者直接进入到硅片的氧化膜当中。在产生这种现象之后，要清洗硅片就非常困难了。在清洗过程中，既要保持不能去破坏硅片的结构，又要保持能够对污染物质进行彻底的清洗，以便其对产品结构当中的其他元器件产生污染，这一问题就变得非常棘手，愈发困难了。在当前微电子行业的大多企业或是研究所讲微电子的清洗技术两类：一种叫做湿法清洗；另一种叫做干法清洗。这两种技术都能够保持比较高的清洗度，并且能够在不破坏电子元器件的化学键的基础上祛除电子元器件表面或是氧化膜内存在的污染物和杂质。

2微电子工艺清洗技术的现状研究

由于我国行业的发展更重视对服务业的发展和我国微电子行业的起步和发展较晚，从而致使当前我国微电子工艺的清洗技术比较落后，并且存在诸多的问题。

2.1湿法清洗技术研究

湿法清洗这一技术，是由上个世纪六十年代的一名美国科学家所研究发明出来的。这种方法主要是通过利用化学溶剂同有机溶剂和被清洗的微电子元器件之间发生化学反应，然后再利用多种技术手段，如：超声波技术去污；采用真空去污技术等多种技术手段。最终，利用这些步骤实现对微电子元器件的清洗。

在以上湿法清洗电子元器件的步骤当中还需要用到种类不一的化学试剂。这些化学试剂主要包括氢氧化铵和过氧化氢以及硫酸等物质。氢氧化铵主要是被利用于对污染程度不是非常严重的电子元器件的清洗，或者是作为清洗第一部的化学试剂。其能够在控制的温度下、浓度下以及化学反应所经历的时间下等多种条件下，利用化学反应去腐蚀电子元器件的表面污染物质或者是金属的化合物。但是，由于这种腐蚀程度是需要多种条件来控制的，因此其对人员的技术和企业电子清洗设备的要求也是很高的，如果不能对整个过程实现严密的监控，将会对电子元器件造成损害。过氧化氢在清洗过程当中主要是被利用于对电子元器件的衬底进行清洗，通过清洗衬底上所附着的金属化合物质或者是络合物质。最后一种化学试剂（硫酸）在清洗过程当中扮演着非常重要的角色。在使用硫酸对被清洗电子元器件进行清洗过程中必须采用双氧水这一化学试剂来减少其反应的时间，并且降低硫酸的浓度、反应时候的温度，从而有效的减少了被清洗电子元器件碳化或者是被腐蚀严重的现象发生。以免让硫酸对电子元器件造成损害。湿法清洗技术在众多清洗技术当中是比较有效的一种技术，但是其依靠化学反应的客观因素，让其很有可能造成化学物质残留从而导致电子元器件被腐蚀的现象。

2.2干法清洗技术研究

干洗技术相对于湿洗技术来说其避免了使用化学试剂，从而大大减少了化学物质残留导致电子元器件腐蚀的现象发生。干洗技术主要是采用等离子、气相等清洗技术方式对电子元器件的金属化合物和络合物进行清洗。对于采用等离子技术为主的干洗技术，其具有残留物质少、操作难度低等技术性特点，并且在微电子元器件的清洗行业当中其研究最早、技术较为成熟，从而在当前我国微电子行业的应用最为广泛。但是，等离子技术也存在一定的弱点，就是其无法完全祛除存留于微点电子元器件表面的污染物。而气相技术的应用相对于等离子技术来说是非常少的，主要原因在于其花费时间长、成本高，并且在采用气相技术清洗过程主要是被应用于硅片元器件的清洗，对于其他元器件的适用程度较低。

3对微电子清洗技术的展望

从上文的分析当中可以发现，就我国企业当前的资金、人力等现状来说，我国在微电子清洗工艺当中，应当采用干洗技术当中的等离子技术。这种微电子工艺清洗技术不需要进行二次清洗，就能够达到超过其他技术操作之后的结果。而对于其单次清洗过后残留的金属混合物来说，可以在继续采用其他清洗方式减少其污染物质含量，从而在保证电子元器件质量前提下在较短时间内较低微电子污染物的含量。

在我国当前的微电子清洗行业当中，干洗技术当中的等离子技术虽然应用广泛，但是受到我国企业实力等原因更多的企业仍在采用成本更低的湿洗技术。对于干洗技术由于发展较晚，依旧被更多的企业作为湿洗技术的辅助技术来使用。鉴于干洗技术更能保证产品质量、更加具有效率等优点，我国应当对干洗技术的研究引以重视，并对研究所干洗技术研发给予政策指引、资金支持，从而减少湿洗技术对自然环境的污染，促进我国社会主义绿色经济发展。作者相信并坚信，在未来我国微电子工艺清洗技术将会伴随着我国国家实力、教育改革进行的推进不断发展，从而解决微电子元器件清洗困难的现状。

参考文献

[1]李伙全，陈磊.微电子工艺实践课程网络教学平台的开发[J].科教文汇（上旬刊），2012（09）.

[2]王蔚，田丽，付强.微电子工艺课/实验/生产实习的整合研究[J].中国现代教育装备，2012（23）.

[3]梁齐，杨明武.微电子工艺实验教学模式探索[J].实验室科学，2008（01）.

作者简介

温晓霞（1984-），女，硕士学位。现在广东海洋大学寸金学院从事电子工程教学工作。

作者单位

广东海洋大学寸金学院广东省湛江市524094

微电子器件范文第5篇

【关键词】高功率微波 医疗卫生装备 电磁干扰 HPM防护

1 引言

高功率微波（High Power Microwave，简称HPM）是指微波脉冲峰值功率大于100MW以上的微波，由于HPM本身具备的优点，其应用越来越受到各个领域的重视。HPM武器是利用高功率微波的射束能量干扰和摧毁敌方电子设备、破坏敌方武器系统或杀伤作战人员的定向能武器，自海湾战争以来，其作为一种潜在的新概念武器，已经在集“陆、海、空、天、电磁”五维一体的空间立体式信息化战争中发挥了重要的作用[1]。在未来战场上，它必将得到更为广泛的应用，这对我军雷达、通信、计算机、各种战术导弹、预警飞机、隐形飞机、车辆点火系统等武器装备构成了极大的威胁，同时，对我军后勤保障系统中的医疗卫生装备也提出了严峻的挑战[2]。

随着现代电子和工程技术的发展，医疗卫生装备对电磁信号的敏感度也越来越高，尤其是检测人体生物电生理信号的仪器，其检测结果会受到干扰，严重时会产生强电击危及生命；如果是带有计算机系统的医疗装备，大幅度的共模干扰，还会引起计算机逻辑错误、信息丢失等。比如，在战场上常用气动式电控呼吸机急救设备，其工作原理是依靠中心供氧或气泵为气源，通过微机控制对患者进行控制呼吸与辅助呼吸及自主呼吸，一旦电子控制线路受到HPM攻击和破坏，泵送气源频率将紊乱，仪器将无法正常工作，对患者生命带来极大危险[3]。在未来信息化战争环境下，高功率微波对我军医疗装备的影响已经不可避免，因此，加强医疗装备的HPM防护势在必行。

2 HPM对医疗卫生装备的作用机制

随着科学技术的发展，现代医学仪器逐渐向微型化、智能化方向发展，其核心部件基本都由微处理器控制。高功率微波主要通过微波的热效应对医疗装备中的元器件如单片机、电阻、电容、半导体器件等产生破坏。典型的HPM失效效应是电子元器件的烧毁，其次是使电气子系统的性能受到影响，以及使其工作状态改变。

2.1 HPM破坏机制

HPM对医疗卫生装备等电子设备的作用机制，概括起来主要有以下两方面[4]：

（1）电效应，是指在高功率微波下金属表面或金属导线上产生感应电流或电压并对此电子元器件产生的效应，如造成电子元器件状态的翻转、器件性能的下降和半导体器件的击穿等。

（2）热效应，是指微波照射电介质材料时，该材料会吸热升温的现象。材料单位体积吸收的功率值与电场强度平方成正比，随着材料导电率的升高而增加，此外，还与介电常数和微波频率有关。这种热效应会使目标瞬间被加热。轻者，医疗装备的电子系统受到干扰而失效；重者，整个系统将被摧毁。

2.2 HPM破坏阈值

HPM的攻击目标主要是各种武器系统和作战平台中最关键而又最脆弱的电子设备以及卫勤系统中的急救仪器，同时，在其作战区域内所有电子或电气设备都会受到威胁[5]。根据国内外的研究成果，列举一些高功率微波对电子元器件、医疗卫生装备的计算机系统、一些军用设备的破坏阈值。表1给出了电磁脉冲对各种电子元器件干扰和破坏的阈值。表2给出了高功率微波对医疗卫生装备的计算机系统的破坏阈值。

由此看出，HPM对不同类型的电子元器件产生干扰和破坏的能量不同，对医疗卫生装备的计算机系统产生干扰和破坏的功率密度也不同。军用医疗设备多为传感器电子产品，比如用于战场急救的监护仪，主要用于检测人体生理参数指标，包括脉搏、呼吸、血压等，而这些电生理信号是十分微弱的，极易受到干扰，若外界电磁波能量过大，就会对军用电子设备产生直接破坏，使其无法正常工作。

2.3 HPM破坏途径和过程

高功率微波进入医疗电子设备的途径是多种的，主要是通过前门耦合和后门耦合两种途径。所谓前门耦合，是指HPM能量通过天线或传感器等媒介耦合到其接收和发射系统内，以破坏其前端电子设备。如果入射的HPM能量的主要频谱分量在前门通道的通频带内，会有很强的HPM能量耦合到内部系统的界面上。例如，弱微波能量通过前门耦合，冲击和触发电子系统产生假的干扰信号，干扰雷达、通信、导航等设备的正常工作，或使其过载而失效。能量稍大，即可能烧毁微波检波二极管、混频器等。后门耦合，是指HPM能量通过机盒的缝隙或小孔渗透到系统中。若耦合进入电子系统的微波能量较少时，可干扰其电子设备，使电路功能产生混乱，出现误码，信息传输中断，抹掉记忆信息等；当耦合进入电子系统的微波能量较大时，会造成电路系统和电子器件、计算机芯片等永久损伤或烧毁。

HPM对电子设备或电气装置的破坏过程主要包括渗透、传输和破坏三个环节。

首先电磁波由天线、电缆、各种端口部分或者表面的媒介向内部渗透，其能量变成随时间、空间变化的大电流、大电压，然后以电磁脉冲渗透的上述部分作为能量中转站传输到内部脆弱的部位（电子元器件、集成电路等），最后进入空间结构的电磁脉冲作用于非常小的高密度的脆弱部位（电子元件、集成电路芯片及连接点等），由于能量密度极高而造成破坏。

3 医疗卫生装备的HPM防护

医疗卫生装备是军事装备中极其重要的一部分，且绝大多数装备都属于电子产品，如监护仪、呼吸机、麻醉机、输液泵等，其内部元器件及集成电路在高功率微波环境下都会受到不同程度的破坏，生理信号的监测、传输和处理也会受到电磁波的干扰，甚至失效或损坏而不能正常工作。因此，加强医疗卫生装备的HPM防护研究已经成为军事医学领域亟待解决的问题，具有重要的意义。HPM武器从不同途径对电子设备构成杀伤，为了有效防护HPM武器，需要根据其对目标杀伤的途径和破坏效应采取相应的防护措施。目前，通常的防护措施主要有电磁防护、HPM耦合通道防护、HPM加固等。

3.1 电磁防护

电磁防护是目前电子设备普遍采用的方法，主要包括电磁屏蔽、接地处理、滤波等。(1)屏蔽是利用屏蔽体来阻挡或减少电磁能的传输，达到电磁防护的一种重要手段。有效的加固方法是使所用医疗设备完全置于一种不让电磁场到达被保护的设备的箱体，但是，所有的设备都需要获得电力，并且与外界通信，虽然现在很多医疗设备的设计采用蓝牙无线通信，但难以避免检测人体生理参数的测试探头多数为有线连接，这些进入点为高功率微波的电气瞬态进入提供了机会。若改用光纤通信，在满足传送数据要求的同时，必须对所有进入箱体的导电通路加装电磁抑制器件。同样，如果选择合适的吸波材料可以将反射未完全的部分吸收掉，而不至于进入系统内部造成破坏。(2)接地处理是最基本的电磁防护措施，通过适当的方法与大地连接，以提高电子设备电路系统工作的稳定性。机壳接地，可以有效的抑制外界电磁场的影响，避免机壳电荷累积过多导致放电而造成的干扰和破坏。(3)滤波方法指设计适当的滤波器来去除电磁干扰的方法。滤波器可以由电阻、电感、电容一类无源或有源器件组成选择性网络，以阻止有用频带之外的其它成分通过，完成滤波作用；也可以由铁氧体一类有损耗材料组成，由它把不希望的频率成分吸收掉，达到滤波作用。

3.2 HPM耦合通道防护

根据电磁波进入医疗卫生装备的方式可以分为对从前门耦合进入电子设备的HPM防护和对从后门耦合进入电子设备的HPM防护。

(1) 对从前门耦合进入电子设备的HPM防护，由于电子设备工作时的对外端口(如天线)是必须的，电磁干扰从前门耦合进入电子系统通常难以避免。在强微波照射下，常规电子防御措施如采用新频段、扩展信号频谱、增大有效辐射功率、提高接收机的信噪比等将全部失效，因为HPM武器的功率更强，频谱更宽，即使不烧毁电子设备，也会形成压制性干扰。在弱微波能量辐射下，医疗卫生装备的常规反干扰措施依然可行。

(2) 对从后门耦合进入电子设备的HPM防护，医疗卫生装备机箱上的任何小孔、缝隙的作用都非常像一个微波腔体中的槽口，能让微波辐射直接激励或进入腔体。HPM进入装备腔体后就会对腔体内的集成电路和一些敏感器件产生干扰或破坏。所以对于后门耦合的防护来说，首先考虑的应是阻止HPM侵入医疗装备的腔体中。

3.3 医疗装备HPM加固

HPM加固，是指在电子设备中，综合性能、成本、复杂程度，在极宽频率范围内发现电子系统中的薄弱环节，采用各种手段使系统免于HPM的损伤的工作过程。

对于军用医疗装备，一般加固战略分为两种：(1)控制耦合，通过控制天线和后门进入点，或者通过系统设计，采用诸如吸收提、限幅器、滤波器和屏蔽等措施反射或衰减入射的HPM场；(2)降低敏感度，设计足够坚固的子系统和组件，在遭遇HPM环境后仍能执行使命。

不同于一般电子设备，医疗设备是用于检测和监测人体生理弱信号，其对电磁的敏感度更高，防护和加固的要求也更加严格。从防护策略上考虑，可以采用分级防护的方法，即系统级防护、设备级防护、组件级防护、元器件防护。根据医疗设备的HPM电磁加固技术，开展二极管等元器件的终端保护装置研究，计算机主板等的屏蔽技术研究，敏感元器件等的应用研究。

4 结束语

随着HPM技术的进一步发展以及HPM武器的广泛适应，未来战场的电磁环境变得更加恶劣，这对我军医疗卫生装备的抗电磁干扰性提出了更高的要求。如何提高医疗卫生装备的抗电磁干扰性，提高我军卫勤保障能力，是当前各级医疗卫生机构面临的严峻而又现实的问题。只有立足我军现有的卫生技术装备的发展水平，掌握HPM对各类医疗装备的作用规律，采取更加新颖可靠的防护措施，才能充分发挥现有医疗卫生装备的性能，提高我军卫勤保障的能力。

参 考 文 献

[1]吕文红，郭银景，唐富华等. 电磁兼容原理及应用教程[M]. 北京：清华大学出版社， 2008.

[2]霍元义. 电磁干扰及电磁干扰对医疗仪器设备的影响与对策[J]. 医疗卫生装备， 2004， 6: 172–174.

[3] Mats G. Backstrom， Karl Gunnar Lovstrand.Susceptibility of Electronic Systems to High-Power Microwaves: Summary of Test Experience [J].IEEE Transaction on Electromagnetic Compatibility， 2004， 3(46):396-403.