静电放电和方波EMP对微电子器件的效应

为了得到微波低噪声晶体管电磁脉冲的最灵敏端对和最敏感参数以及相关规律和器件的损伤/失效机理和模式,首先采用静电放电人体模型(HBM),针对两类硅晶体三极管(3DG218、3358)进行了静电放电敏感性相关实验,得到该类晶体管的ESD敏感端对是CB结;器件损伤时的灵敏参数是VBRCEO;又采用方波注入法对两晶体管进行实验比较了从CB结反向注入与从EB结反向注入的损伤电压值,发现该类器件的EMP最敏感端对是CB结而非以往人们认为的EB结。     

三极管2SC3402方波电磁脉冲效应实验研究

针对硅微波低噪声三极管2SC3402进行方波电磁脉冲效应实验,主要研究三极管在方波电磁脉冲作用下哪些部位对电磁脉冲最为敏感,哪些电参数最容易发生变化.实验采用方波电磁脉冲发生器对三极管进行方波电磁脉冲注入,观察三极管电参数的变化.实验结果表明,三极管对电磁脉冲最敏感的部位是集电结,最灵敏参数是CE反向击穿电压VBRCEO.     

微波半导体晶体管静电放电损伤机理

为研究静电放电(ESD)电磁脉冲作用下微波半导体晶体管的最灵敏端对和损伤机理,采用ESD人体模型对目前广泛使用的高频低噪声微波半导体晶体管进行了ESD损伤实验。通过理论分析建立了微波半导体晶体管的ESD电热损伤模型,并通过实验验证了该模型的有效性。结果表明,该类器件对ESD最敏感的端对为集电结;ESD对该类器件的损伤模式主要为过热损伤模式,损伤机理为热二次击穿。当ESD电压较低时,PN结峰值温度超过铝硅共晶的熔融温度577℃,使器件参数退化并发生潜在性失效;当ESD电压较高时,ESD电流造成器件局部过热,PN结峰值温度超过硅的熔融温度1 415℃,使器件发生击穿烧毁。     

微波低噪声硅晶体管的方波电磁脉冲损伤研究

为了得到电磁脉冲注入对硅半导体器件的作用效应,对两个批次的同型号微波低噪声硅晶体管进行方波注入试验,得出了此类器件对电磁脉冲的最灵敏端对CB结和最敏感参数VBRCEO、损伤电压值、损伤电流值及损伤功率值。电磁脉冲注入时,通过示波器记录晶体管上的瞬时电压、电流波形并得出器件瞬时功率波形。将器件损伤时出现的二次击穿点的功率平均值作为该器件的损伤功率值,将二次击穿点的延迟时间与对应的损伤功率值作P-T图,得出其拟合曲线方程。根据拟合方程把各延迟时间下的损伤功率换算为1μs脉宽下的功率值,统计其损伤能量基本符合正态分布。经分析,器件方波电磁脉冲注入时的损伤机理为热二次击穿。     

半导体三极管电磁脉冲损伤功率实验研究

针对硅微波低噪声三极管2SC3399进行方波电磁脉冲效应实验,主要研究三极管在方波电磁脉冲作用下造成损伤的损伤功率表达式,通过对损伤功率进行统计分布,发现三极管损伤能量值基本符合正态分布.     

3DG81B在静电放电作用下损伤效应与机理分析

为研究高频低功率双极型晶体管在静电放电电磁脉冲下的损伤机理,分别采用静电放电试验法、软件仿真法以及微观失效分析法,对高频低功率双极型晶体管3DG81B进行静电放电试验,建立双极型晶体管的仿真模型,分别模拟静电放电电磁脉冲从EB结和CB结注入的整个过程,并通过微观分析来分析其失效机理。结果验证了高频低功率双极型晶体管对静电放电电磁脉冲的最敏感端对为CB结;同时还发现该类晶体管的损伤是由热二次击穿导致的热致损伤,最终导致晶体管局部区域发生融化而损坏,其损伤时的失效模式表现为电参数漂移、短路以及功能性失效。     

不同特征频率高频硅双极晶体管静电放电机器模型敏感特性

为了发掘不同特征频率的高频硅双极晶体管在静电放电(ESD)机器模型(MM)作用下敏感特性的相关规律,选取了12种典型的高频硅双极晶体管进行静电放电效应试验。试验结果表明:由于发射极E基极B之间的PN结(EB结)基区宽度比集电极C和基极B之间的PN结(CB结)窄,因而反偏注入MM ESD时,高频硅硅双极晶体管(BJT)的ESD最敏感端对是EB反偏结;当特征频率fT=600 MHz时,失效电压最大,并且随着fT的升高或降低,器件的失效电压逐渐减小;随着注入电压的升高,当fT≤600 MHz时,共发射极电流增益hFE突变至失效,当fT600MHz时,hFE渐变至失效。该研究结果对于分析高频硅BJT在ESD作用下的敏感特性具有指导意义。     

高频小功率硅双极晶体管不同管脚端对静电放电失效的机理

在人体模型静电放电（electrostatic discharge,ESD）的注入作用下,部分高频小功率硅双极晶体管对人体模型静电放电最敏感的管脚端对不再是普遍认为的发射极E-基极B间的EB反偏结,而是集电极C与基极B间的CB反偏结。为此,采用微观失效分析与计算机模拟仿真分析相结合的方法,详细讨论了不同管脚对引发典型高频小功率硅双极晶体管ESD失效的效应机理,并针对典型器件内部不同位置的损伤点逐个进行分析。最终得出：高频小功率硅双极晶体管的明显失效往往是由于热二次击穿造成的基极有源区与发射极之间的熔融穿通引起的,而ESD潜在性失效发生的主要原因则是其基极或发射极金属电极附近绝缘介质的场致击穿,从而影响高频小功率硅双极晶体管使用的可靠性。     

ESD脉冲对集成电路损伤效应的实验研究

为了研究复杂波形脉冲对集成电路的损伤效应,用改变ESD模拟器放电参数产生的不同的静电放电脉冲对某集成电路芯片进行了注入损伤效应实验。给出了各主要的损伤参数与放电电压的散点图,并借助曲线拟合的方法进行了分析。结果表明:IC芯片注入通路上的电阻在脉冲波形发生变化时变化不大,电流随放电电压增大;芯片上的峰值功率及峰值能量与放电电压满足P(W)=AUBD。最后,比较了各脉冲注入下器件的主要参数损伤阈值,得到结论:ESD模拟器放电参数改变对器件损伤阈值大小的影响在1~2倍间,相同参数在不同注入脉冲下的阈值处于同数量级。     

静电放电电磁脉冲在线缆网络中的作用规律

针对目前国内外较少研究电磁脉冲在供电线缆、通讯线缆和数据线缆等构成的各种传输网络及其重要电子终端设备中的传导耦合规律、效应评估的现状,以典型人体-金属模型(BMM)静电放电(ESD)电磁脉冲(EMP)作为注入源,对静电放电电磁脉冲在线缆网络中的传导耦合规律进行了仿真和实验研究。建立了树形结构和环形结构线缆网络的电磁拓扑仿真模型,并运用电磁拓扑理论中的BLT超矩阵方程,采用将网络传递函数和时域卷积相结合的计算方法,得到了各结点瞬态响应的仿真结果。搭建了静电放电电磁脉冲实验平台,对理论建模仿真结果进行了实验验证,实验结果与仿真结果具有较高的一致性,从而验证了理论方法的有效性。研究结果表明,线缆网络中某一端口的脉冲响应不仅与网络结构有关,而且受到网络中线缆长度、负载阻抗等变化的影响。     

电动助力车用VRLA电池组的均匀性

VRLA电池组中的单块电池和单格电池在放电电压达到终止电压(10.5 V和1.75 V)之前是比较均匀的,它们之间的标准差较小,且很少变化;但当接近终止电压时,均匀性变差。过度深放电给电池板栅和活性物质带来的损害,会劣化VRLA电池组的均匀性,降低电池容量,缩短VRLA电池组的寿命。     

基于PLC的静电放电试验系统的设计

设计了基于可编程控制器(PLC)的静电放电实验系统,对静电保护器件压敏电阻进行静电放电自动测试。首先根据IEC61000-4-2标准,设计静电放电发生源回路,选择可控放电频率的转盘式放电开关和具有纳秒级响应时间和集肤效应小的鼠笼式分流器。其次设计由工控机、示波器、PLC、触摸屏等组成的控制系统,开发相应的控制软件及数据处理系统,实现静电放电自动测试。最后选用不同等级的压敏电阻作为测试对象,对测试装置进行实验验证,结果表明,研究开发的静电放电自动测试装置可以满足压敏电阻静电放电测试的要求,对压敏电阻静电防护的研究具有重要意义。     

Charging and discharging of insulating particles on the surface of a grounded electrode

The aim of the present paper is to analyze the corona charging of millimeter-size insulating disks, as well as their discharging when they are no longer exposed to the action of an external electric field. The experiments were carried out on a roll-type electrostatic laboratory separator, equipped with a wire-type corona electrode, simulating the actual charging/discharging conditions in an industrial unit. Disks of various sizes were charged on the surface of the roll electrode, then the high voltage supplied to the corona electrode was turned off and the particles were collected in a Faraday pail, connected to an electrometer. The charge measurements were performed at various time intervals from high-voltage turn-off. In this way, the charge decay could be recorded and the discharge process fully characterized. The measured data show that the discharge process depends on the nature, size, and shape of the particles, as well as on the contact conditions between the particles and the grounded roll electrode. These data could guide the design of the electrostatic separation experiments that precede any new industrial application of this technology.     

电动自行车用VRLA电池的配组

将3只开路电压和放电时间(容量)基本一致的6DZM10型阀控式密封铅酸(VRLA)电池配组使用,以期避免1只电池过早失效.单体电池之间的差别可以缩小,但不能消除.在使用过程中的深度过放电会使电池差别增大,导致1只电池过早失效.若将电池组放电终止电压由31.5 V提高到32.5 V,虽然放电时间会缩短2%左右,但对防止单体电池过早失效有效.     

气液两相放电水处理技术及装置综合评述

为推进放电废水处理工业化的进程,对气液两相废水处理技术及装置的发展进行了评述。各种技术措施均有各自的特点,向上喷雾使废水两次参与放电反应;静电雾化使雾滴更小,增大总反应表面积且表面带电;对流和鼓风使水气更好混合后通过介质阻挡放电,构成塔式工业化处理装置;微孔注氧放电产生氧、羟基,提高氧化降解能力;氧气以流注放电形式渗出进入苯酚溶液区,避免了电极腐蚀;旋转运动的中空针电极送氧使气液充分融合,用于高微生物含量废水处理;比较放电降解水中苯酚的方法可知:DC+AC水面气中电晕放电容易实现且不存在电极水中腐蚀问题;混合串联或并联放电反应器比单液相方式有更高的苯酚降解效率;串联式有更多活性基进入液相,所以移出率稍高。能量、尺寸和持续率等是衡量气液两相流注放电的重要指标。     

基于大电流脉冲的超导储能磁体快速放电方法研究

常规的超导储能磁体放电方法不能满足磁体快速放电的要求,而且放电瞬间还会在磁体两端产生高峰值的过电压脉冲,这对磁体的安全是一个隐患,因此寻找快速、安全的放电方法具有一定的现实意义。通过理论分析,笔者研究了在直接放电方法基础上加入电阻性和电容性两种转换电路的可行性。仿真结果表明:两种不同类别的转换电路与直接放电方法相比,不仅放电速率明显提高,还能有效抑制过电压。加入电阻性或电容性转换电路后,磁体中的能量转移更加迅速,输出的电流脉冲峰值更高,对同类超导储能磁体放电研究提供了重要的参考依据。     

智能电器监控单元静电放电敏感性的实验研究

为研究智能电器监控单元的静电放电敏感性,利用静电放电发生器对设备机壳放电进行了实验研究。根据静电放电干扰的耦合途径以及智能电器监控单元的实际工作情况,选取电源模块直流侧电压作为研究智能电器监控单元的静电放电敏感性的对象,通过频谱分析得出直流侧对地电压和静电放电电压间的关系。装置采取屏蔽、接地和滤波等抗干扰措施时其静电放电敏感性降低,分析直流侧电压发生的相应变化得出结论:静电放电时,智能电器监控单元直流侧对地电压与装置的静电放电敏感性有一定的相关性。     

高压静电场对饲用植酸酶活性影响的试验研究

为研究高压静电场对饲用植酸酶活性影响,利用自制的高压静电实验装置试验研究了4种不同的植酸酶,发现饲料用植酸酶的酶活经线板电极静电场处理后与未处理过的酶相比活性变化差异显著(P<0.01)。有些植酸酶对高压静电非常敏感,酶活呈减小趋势,最低仅为原活性的26.94%;有些植酸酶在一些电场和一定的处理时间条件下可以增加或降低一定的活性,最高可达原活性的107.21%、112.4%、104.52%,最低至85.62%、93.57%、99.25%。经过分析初步认为,静电场对饲料用植酸酶的酶活有直接的影响,其作用效果可能与高压静电场处理条件、植酸酶种类、植酸酶分子结构和酶分子比活力等因素有关。     

Board-Level ESD of Driver ICs on LCD Panel

In this paper, a method utilizing a charged-device model (CDM) test by the tape carrier package or chip-on-film (COF) samples to emulate the real-world board-level CDM or charged-board model (CBM) electrostatic discharge is proposed for large-sized chips such as liquid-crystal display (LCD) driver ICs, which successfully duplicated the same failure by CBM discharging. For small-sized chips, the evaluation board (or printed circuit board) emulation should minimize the parasitic $RLC$ loading of the interconnection on the board to achieve a more accurate CBM discharging. In addition, guidelines regarding chip-level design and layout optimization are proposed and have been successfully implemented to improve the immunity.      

Gas discharge caused by triboelectricity around a contact during friction between insulators

Gas breakdown caused by triboelectricity during friction between two insulators was observed in measuring two-dimensional spatial distributions of luminescence from gas discharge plasma. The insulators were chosen among diamond, quartz, sapphire, MgO single crystal, and quartz glass. The discharge between identical materials was also observed. The patterns of the gas discharge luminescence had a shape of a ring for all frictions between insulators. By using a gold-coated diamond pin for friction with a quartz disk, the discharge pattern differed from the ring pattern. In the case of insulator pin, electric field induced by a localized charge at the off-track area near the tip of the pin during friction accounts for formation of the ring shape of the gas discharge. The gold coating makes it possible to monitor an amount of charge transferred from the quartz surface during friction. The negative charge density at the frictional track on the quartz disk is calculated to be -2.2times10^-4 C/m², which leads the gas discharge in a micro-gap near the contact between the diamond pin and the quartz disk.