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Concept
Électromigration
Résumé
Basiquement, on peut définir l'électromigration comme le déplacement d’atomes dans un conducteur induit par un flux d’électrons.
Ce mécanisme n’apparait que dans les applications où l’on observe de très forte densité de courant comme en microélectronique.
Le phénomène d’électromigration a été découvert en 1861 par le physicien français Gerardin.
Pendant longtemps le phénomène resta un sujet d’étude pour les physiciens car les conditions requises pour observer le phénomène ne pouvaient être produites qu’en laboratoire. Il ne devient un sujet d’intérêt que pendant les années 1960 avec l’émergence des circuits intégrés commerciaux, c’est-à-dire quand le phénomène est devenu préoccupant pour la fiabilité des lignes d’interconnexions. En effet dans une ligne électrique « aérienne » (comprendre non intégré), la densité de courant admissible est limitée à 104 A.cm−2 à cause de l’effet Joule qui provoquerait la fusion du conducteur. Dans un circuit intégré, le courant est conduit par des lignes constituées de fines couches de métal en contact avec du silicium qui joue le rôle de radiateur. Ceci permet d’atteindre (et même dépasser) les densités de courant nécessaire pour que l’électromigration devienne significative qui sont de l’ordre de 106 A.cm−2. C’est l’américain J. R. Black, dans un article de 1967, qui pose les bases modernes de la recherche sur le sujet. Il exprime notamment la relation entre la densité de courant, la température et la durée de vie de la ligne dans une équation qui porte aujourd’hui son nom (équation de Black).
Quand on applique une différence de potentiels à une interconnexion, les électrons circulent du plus faible potentiel (cathode) vers le plus haut potentiel (anode).
Les atomes de métaux commencent alors à se déplacer sous l’influence du flux d’électrons qui entre en interaction avec le réseau cristallin.
Ce phénomène est appelé échange de quantité de mouvement (momentum exchange en anglais).
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