Strømvandring

Strømvandring, eller elektromigration, er transport af atomer i en leder forårsaget af elektrisk strøm. Den opstår som følge af momentumoverførsel fra elektronerne (elektronvind) og af den direkte kraft, som det elektriske felt udøver på ionerne. Som følge heraf kan atomer migrere langs strømretningen, hvilket med tiden kan føre til ophobning af materiale ved én ende og dannelse af huller ved den modsatte ende.

Tilstanden ses særligt ved høj strømstyrke og forhøjet temperatur og udgør en væsentlig pålidelighedsudfordring i mikroelektroniske komponenter. Elektromigration er især blevet behandlet i kobber-interconnects (og tidligere i aluminium-interconnects) sammen med diffusionbarrierer og kornstrukturer, som påvirker diffusionen.

Virkningerne omfatter øget modstand, dannelse af buler og huller, potentielt åbne kredsløb og accelereret nedbrydning af kredsløbet. Mikroskopiske ændringer i ledningsmaterialets mikrostruktur og diffusionsvejene, herunder korngrænser og grænser mod barrierer, spiller en central rolle i hastigheden af strømvandringen.

Modeller og målinger: De fleste reliabilitetsmodeller er empiriske og relaterer tid til første fejl med strømstyrke og temperatur; en kendt form er Black’s ligning. Disse modeller bruges i design til at estimere acceptabel strømtæthet og forventet levetid for interconnects.

Forebyggelse og afbødning: Anvendelse af kobberinterconnects med diffusionbarrierer, legering og optimerede kornstrukturer, samt reduktion af strømstyrke eller forbedret varmeafledning. Øget ledningsafstand, redundante interconnects og passende termisk styring er også almindelige tiltag for at modvirke strømvandringen.