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静电基础知识问答

时间:2017-07-12 13:58    点击量:    标签:

 什么叫电场? 电场是指存在于带电体周围、能对带电体的电荷起作用的区域。 比如,某个空间存在带电体(电荷)时,电场以该电荷为中心呈球状分布, 其作用力的大小从中心向外逐

什么叫电场?
电场是指存在于带电体周围、能对带电体的电荷起作用的区域。
比如,某个空间存在带电体(电荷)时,电场以该电荷为中心呈球状分布,
其作用力的大小从中心向外逐渐减弱。这种电场强度再为“电场场强”。电场场强除具有大小之外,远具有方向性。
正点电荷电场的场强方向背离中心:负点电荷的场强主向指向中心。)


假设某空间存在点电荷 Q【C】、作用于该电荷的为F[N],其电场场强E=F/Q[V/M]  
(电场的单位[V/M]表示单位距离的电位差)、从而得出:F=EQ[N], 可以得到点电荷的电场场强公式:
E=Q/4 πε 0r  ε0真空介电率   r:距离
 
由此可以看出,点电荷Q[C]电场场强与电荷量成正比、与距点电荷的距离的[r]的二次方成反比。


接触生电
 
接触生电是两个物体互相靠近、进而接触使特体带正电或者负电的现象。
如图7所示,接触使各物体表面的能量产生差异,电子(带负电)
从一个物体表面的原子核转移、而带正电,而另一个物体因得到电子而带负电这就是静电产生的原因。

绝缘静电的带电量是否取决于物质的材质?
两坦克和武直由接触和摩擦而生电时,一方带正电,而另一方带负电。
这时,物质(纸等)一定带正电吗?其实并非如此,而是有时带正电,有时带负电。
那么,由什么来决定带正电或负电呢?这并非取决于物质自身的材质,
而是由与接触(摩擦、分离)的物质与该物质的关系所决定的,也就是说,
通常带正电的物质与更容易带正电的物质接触时,会带负电。如上所述,
带电极性随接触对象的改变而改变,这一规律叫做“带电序列”。(如图8)

多大电荷量会对电子零件(如集成电路)造成静电损害?
 
近年来,电子零件已经变得越来越轻、越来越小,对静电也变得非常敏感。
这只是一个参考值,但是如果在金属氧化化物半导体(MOS)上施加约80到100V的电压,
该半导体便可能无法正常工作。如果对人体施加约3KV的电压,则此人可能会感觉到针扎似的疼痛,
这能表示可能损坏电子零件的电压可以有多小。


          半导体器件
       可能损坏器件的电压
MOS集成电路
结型场效应晶体管
CMOS集成电路
高级肖特基二极管
MOS场效应晶体管
双极性晶体管
晶闸管
80至100V
140至1000V
200至2000V
100至450V
50至300V
380至50000V
600至1000V

哪些是可能引起静电损害的带电物体?
 
能对半导体器件产生静电损害的带电物体有操作员、设备以及半导体器件自身。
这些诱因可以分为三种模型“人体模型”(HBM)、“机器模型”(MM)以及 “带电器件模型”(CDM)。

人体模型
(HBM:静电从人本释放到半导体器件)
当带静电的体接触器件的导线时,器件因随之发生的放电而带电,
器件接地时,放电电流会瞬间流过电路,导致静电撃穿。外部物体是人体时,
人体会释放大量电荷,放电能量远远大于外部物体是绝缘体的情形。类似地,带静电的外部物体放电到半导体。

 

机器模型
 
(HBM:静电从人体释放到半导体器件)
当带静电的人体接触器件的导线时,器件因随之发生的放电而带电,器件接地时,
放电电流会瞬间流过电路,导致静电撃穿。外部物体是人体时,人体会释放大量的电荷,
放电能量远远大于外部物体是绝缘体的情形。类似地,带静电的外部物体放电到半导体器件,
其中外部物体是人体的模型再为“人体模型(HBM)

 

带电器件模型
 
(CDM:静电放电取决于半导体器件自身的电荷)
此外,即便是采取了充分的措施来防止HBM与MM静电放电(electrostatic  discharge简称ESD),
但由于在半导体器件的制造与装配过程中会发生的ESD,因此远存在者导致撃穿的其它可能原因。
此类撃穿是半导体器件自身带电时发生的ESD而引起的,这种现象称为”带电器件模型(CDM)”。
在CDM中,器件由于表面的摩擦而带电,由于外部电场的存在,导体(如电路与导线)之间发生静电感应,
在这些条件下,导线接地时,内部电场会急剧变休,放电电流将流过电路,从崦导致静电撃穿。

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