Frage von langweiler3, 41

Warum sind Halbleiter so empfindlich gegenüber elektrostatischen Entladungen?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von karbig, 5

Es sind sogar 2 Faktoren, warum Halbleiter und heute sogar immer mehr diskrete elektronische Bauteile immer empfindlicher werden gegen ESD: 1) Spannungsfestigkeit von ESDS wird immer geringer wie oben bereits erwähnt und 2) die el. Kapazität der elektron. Bauteile sinkt kontinuierlich mit den immer dünner werdenden Schichten und der höheren Integrationsdichte infolge der Miniaturisierung.

ESD-Schutzzonen in der Industrie müssen mit allen Einrichtungen, Werkzeugen, Personen und Boden antistatisch aufgebaut werden und eine Grenzaufladung von max. 100V einhalten. Viele heutige elektronische Bauteile wie gerade FETs oder MOSFETs usw. sind bereits deutlich unterhalb dieser Schwelle empfindlich.

Bei meiner Diplomarbeit 1990 musste ich eine elektronische Schaltunge entwickeln und aufbauen, wo ich reihenweise FETs durch ESD - hatte damals keine Ahnung von ESD - abgeschossen.

Man muss sich mal vorstellen, dass Personen, die von einem Bürostuhl mit synthetischem Bezug schnell aufstehen an einem trockenen Wintertag unmittelbar häufig auf über 5kV aufladen, wie viele meiner Messungen immer wieder belegt haben. Die Spürbarkeitsgrenze liegt bei 2-3kV.

Antwort
von treppensteiger, 19

Elektrostatische Entladungen spürt man meist kaum, dass liegt allerdings nicht an der Spannung, die ist ziemlich hoch, sondern am geringen Strom, der während einer Es-Entladung fließt. Der Halbleiter wird aber nicht durch den Strom sondern durch die Spannung zerstört welche die sehr dünnen Grenzschichten überwindet.

Halbleiterbauelemente gibt es für Spannungsfestigkeiten von 5 bis 5000V in Spezialfällen sicher auch noch darüber. Aber herkömmlich im Einsatz, vor allem in der Chiptechnologie, wird mit den maximal im Betrieb nötigen Grenzwerten gebaut also nicht über 30V, weil sonst die Chips viel zu groß und zu langsam wären, oder die Speicherdichte viel geringer.

Die elektrostatische Aufladung z.B. durch isolierende Kleidung und Teppiche bringt es leicht auf 1000V, da geht schnell was kaputt, allerdings vor allem in der kapazitätsarmen Mosfet-Technologie, weil die mangels Kapazität die hohen Spannungsspitzen nicht auf ungefährliche Werte abbauen kann. Moderne digitale Chips und auch viele diskrete Halbleiter arbeiten aber heute nach diesem inzwischen weiterentwickelten Prinzip. Dafür schalten sie schneller und/oder arbeiten verlustärmer.

Kommentar von langweiler3 ,

danke

Antwort
von fuji415, 19

Weil die Spannungen und Ladungen die dann da herrschen  so groß sind das keine empfindliche Bauteil sofort zerstören wen man nur mal bein ein und aus steigen aus dem Auto eine gewischt bekommt das reicht son um Leiterbahnen verdampfen zu lassen 

den sie sind so klein das da selbst ein Staubkorn wie ein Felsbrocken aussieht im Vergleich unter der entsprechenden Vergrößerung den mit einer Lupe kann man das schon nicht mehr als Leiterbahn erkennen 10,000-30,000 facher kann man darauf alles erkennen 

selbst ein Kupfer faden von 0,2-,0,3 mm brennt schon bei geringen Spannungen und Strömen durch  und der ist dann sehr dick im vergleich zu den Bahnen und wen der Halbleiter da nicht Schaden nimmt wird er aber mit Lichtbogen übersprungen und der zerstört auch sehr viel .  

Kommentar von langweiler3 ,

danke

Expertenantwort
von realistir, Community-Experte für Elektronik, 11

Gute Frage.

Vielleicht würde dir eine Gegenfrage helfen zu verstehen.
Warum sind wir Menschen so empfindlich bei Hautschäden?

Weil unsere Haut so dünn ist?
Wie sinngemäß dünn sind denn die Schichten in den Halbleitern?
Hast du dir je Gedanken gemacht, wieso so ein winziges Teil namens Transistor, Diode, Thyristor, Triac oder FET Ströme bis zu 50 Ampere und mehr verarbeiten kann, obwohl die Anschlüsse das normal nicht zulassen würden?

Hast du schon mal in einen FET der bis zu 50 Ampere schalten bzw bedienen kann rein geschaut? Was außen noch relativ groß aussieht ist nur die Verpackung. Innen sieht es viel winziger aus.

Ladungen sind Energie. Entladungen frei gewordene oder frei werdende Energie. Denke mal an einen Blitz, sowas hat auch was mit Entladung zu tun.

Je nachdem wie groß eine Entladung auch zeitlich ist, sind die Einwirkungen solcher Entladungen entsprechend groß oder klein.

Kommentar von langweiler3 ,

danke

Antwort
von Rony2200, 28

weil Mosfets selber mit Elektrischen Feldern schalten

Kommentar von langweiler3 ,

danke

Keine passende Antwort gefunden?

Fragen Sie die Community