柵極導電層Au 遷移導致放大器失效原因分析

因此，圖3 和表1 的數據表明，鍍Au 導電層B區域出現Au 遷移現象，導致其表面出現孔洞，而一部分的Au 又遷移到C 區域形成小丘狀的金屬顆粒。

2.2 Au 遷移引起MESFET 管失效原因分析

Au 做肖特基勢壘金屬時，Au 與GaAs 的黏附性能也不好，并且Au 向半導體內部擴散及鎵向Au 的擴散還促進了Au 向砷化鎵擴散。而鋁不但具有高的電導率，還與砷化鎵有好的黏附性，但鋁具有易氧化，承受電沖擊的能量較小、易電遷移和電導率比Au 低等特性，因此在鋁和Au 之間加入鎢阻擋層，防止鋁易氧化及屏蔽Au 向GaAs 擴散效應。

電路工作過程中，柵條較細，其導電層上面的電流密度較高，金屬離子主要受到電子流對它的作用力，從而和電子流一樣朝正極方向移動，相應所產生的金屬離子空位向負極方向移動，這樣就造成了Au的凈質量傳輸。

在電遷移過程的擴展階段，由于采用了高對流系數的熱傳導方法，互連結構的實際溫升得到了控制，顯著減小了高溫引起的原子熱遷移對電遷移的干擾，所以此階段Au的遷移驅動力主要是電遷移力。

在電遷移過程的快速失效階段，Au 的遷移是熱遷移和電遷移共同作用的結果：電遷移力驅動陰極處原子的遷移，Au 的流失導致電阻增大造成了局部區域的快速溫升;而更高的溫度使得熱遷移力成為原子遷移的主要驅動力，并最終導致了Au 嚴重的流失，使B 區域出現孔洞現象，C 區域出現了含有大量Au 的金屬小丘。

3 結論

在電流作用下，放大器中MESFET 柵條鍍Au層出現了Au 的電遷移，使導線局部電阻的增大，溫度升高，使 Au 的熱遷移加重，最終導致導線出現孔洞現象和柵源極處出現小丘狀的金屬顆粒。孔洞現象會使導線出現開路，而柵源極間的金屬顆粒造成的不穩定接觸會出現短路現象，導致MESFET 工作參數漂移和放大器不正常工作。

因此，為了提高抗電遷移能力，設計方面應從降低電流密度、降低結溫、增加散熱方面合理研發半導體器件;工藝方面應嚴格控制金屬膜質量并進行檢查;最后建議器件在封裝、存儲時應避免濕氣環境，一定程度上可以降低電遷移的發生幾率。