电迁移

电迁移（英語：Electromigration）^[1]是由于通电导体内的电子运动，把它们的动能传递给导体的金属离子，使离子朝电场反方向运动而逐渐迁移，导致导体的原子扩散、损失的一种现象。由法国科学家伽拉丁约在100年前发现的。但到1966年出现積體電路后，才有更多人对它进行研究。

公式

1969年摩托罗拉公司吉姆·贝勒克的研究取得很重要的结果^[2]，得出由于电迁移而使电路失效的平均时间T的公式为：

${\displaystyle {\text{T}}={\frac {A}{J^{n}}}e^{\frac {E_{\text{a}}}{kT}}.}$ 

这里：A為与横截面积有关的常数；J為电流密度；N為无量纲因子，一般取2； E_a為电迁移的激活能；k為波尔兹曼常数；T為温度。

影响

电流密度是一个由设计而定的参数，影晌电迁移的重要物理因素主要有温度、导线的宽度和导线的长度。

当电迁移效应出现时，由于离子流的不对称性，可造成二种电线路的失败：

• 当流走的离子通量超过流入离子通量时；形成空缺，造成开断电路。
• 当流入离子流超过流出离子流时，出现“小山丘”，造成电路短路。

发展

由于科学技术的快速发展，積體電路的密度不断提高，现已发展到应用纳米技术阶段，从2004年到2020年積體電路的三个主要参数就可看出它现在的发展趋势：

• 电流密度由1×10^4 A/cm² 到 3×10^7 A/cm²；
• 线宽由90nm縮小到15nm；
• 线长由1km/cm²增大到7km/cm²

在这样高密度的積體電路要求下，如何避免电迁移效应的发生是一个要考虑的问题。

参考文献

1. Black J.R.(April 1969)"Electromigration-A Brief Survey and Some Recent Results" IEEE Trans.on Electron Devices 16(4) 338-347
2. Black J.R.(September 1969)"Electromigration Failure Modes in Aluminium Metallization for Semiconductor Devices" Proc.of the IEEE 57(9): 1587-94