在电气移民中，金属导体的原子随着电导性转移而导致动量转移，从而逐渐移动，从而导致创建开路。 在灵活的交流传输系统中，诸如Star VAR补偿器（SVC），统一功率流控制器（UPFC）和静态同步补偿器（STATCOM）之类的组件取决于有效的高压半导体，以促进快速电流和电压开关。可以实施缓解策略以增强系统耐用性。
耐电材料选择和工程
选择对EM的电气电量材料对于设计和制造高压半导体互连至关重要。实际上，高压半导体尖峰电流密度高达10 7 A/cm 2。当铜用于半导体互连电导率时，EM的高速率会影响可靠性。即使铜提供了极好的电导率，但在高电流密度下的耐受性较低。考虑进行材料时，可以采用两种方法来减轻EM。
图1。当电线转移动量中的电子终导致接触失败时，电迁移由红色箭头表示。图片由Wikimedia提供
一种方法是将铜用于半导体互连。但是，为了提高其EM耐受性，互连被扩大或平行互连的数量增加，以增加电流分布。这种方法降低了电流密度，该密度会影响EM，可以用下面的示例进行说明，其中高压半导体中的互连的初始横截面（10 -6 cm 2 ）加倍，并且将工作电流保留了一倍在10 A.
扩大互连之前的初始电流密度可以通过：
\ [J = \ frac {i} {a} = \ frac {10} {10^{ - 6}} = 10^{7} a/cm^{2} \]
互连横截面后的新电流密度加倍：
\ [J'= \ frac {i} {a'} = \ frac {10} {2 \ times10^{ - 6}} = 5 \ times10^{6} a/cm^{2} {2} \]
电流密度的降低显着降低了高压半导体中的电迁移。
另一种方法是使用铜合金和替代导体，例如钨和钴。在高电流密度下，铜原子的运动可以通过增加EM激活能（EA）来控制。通过将铜与铝结合以获得更可靠的互连，可以影响这种能量的增加。像铝一样，镁也可以用作铜互连的合金元件，以增加EM活化能。例如，通过向铜增加0.5至1％的铝，可以将0.9 eV的纯铜激活能提高到1.1 eV左右，从而进一步降低了EM发生的速率。 Arrhenius型方程描述了EM激活能量与EM发生的速率（M）之间的关系。
\ [m = m_ {0} \，exp \，exp \ big（\ frac {ea} { - kt} \ big）\] \] \]
如果指数因子由M0表示，则K表示Boltzmann的常数（8.617 x 10 -5 eV/K），而K表示半导体互连的温度。
热管理技术
高压半导体中较低的工作温度对于减少EM引起的事实失败至关重要。这些半导体，例如闸门关闭晶闸管（GTO）和绝缘栅极双极晶体管（IGBT），在操作过程中会产生热量，从而促使需要有效的热管理。一种这样的技术是一种液体冷却方法，例如介电冷却，专门的冷却液和水，以均匀地从半导体中散发热量。可以使用公式来评估通过冷却系统中的冷却介质的传热速率（Q）：
\ [q = m \ times cp \ times \ delta t \]
其中（m）表示冷却液在kg/s中给出的质量流量，（CP）表示冷却剂的特定热容量，（?T）表示出口和冷却系统入口之间温度的差异。
在冷却系统选择过程中，培养基的热电阻（Rθ ） 应降低，以有效散热。高压半导体中每单位功率（P）的低温差异显着降低EM。关系如下所示。
\ [r _ {\ theta} = \ frac {\ delta t} {p} \] \]
图2。在不同温度下，功率耗散与冷却系统的热电阻之间的关系。图像由鲍勃·奥迪亚姆博（Bob Odhiambo）提供
另一种热管理技术使用界面材料（TIM）来改善散热器和半导体之间的热导率。基于石墨的TIM的导热率范围为10到20 W/MK，具有出色的导热率，均匀地散发热量，因为它符合任何不规则的表面。相变的tims在遇到温度差时从固体变为液态时可以提供热导率替代方案。
要确定的TIM选项，请考虑TIM的热导率（λ），接触区域（A）及其厚度（D）。为了进行比较，可以使用以下方程来评估热电阻，其中较低的热电阻可以快速传热，从而降低了EM对半导体互连的影响。
\ [r _ {\ theta} = \ frac {d} {\ lambda \ times a} \]
电镀和沉积方法
为了使铜互连具有弹性，电镀通常用于使用电流将金属底物沉积到其表面上。在这种情况下，制备具有较高EM耐受性的金属离子溶液，并控制该溶液以进行更均匀的沉积。通过控制电流密度和沉积时间，可以轻松实现沉积均匀性，以显着降低半导体铜互连中EM发生的速率。
除了电镀外，蒸发和溅射等物理蒸气沉积（PVD）方法还可以将抗抗性材料的薄膜沉积到互连材料的表面上。与电镀相比，PVD方法在沉积厚度方面具有精度。当将氩离子加速到抗抗性材料以脱落其原子时，就会发生溅射。发生这种情况时，脱落的原子沉积在半导体互连材料的表面上。
另一方面，蒸发沉积方法发生在将抗抗性材料加热到蒸气之后，并且由于冷却在冷却过程中进行凝结时，进行沉积。另一种沉积方法是化学蒸气沉积（CVD），其中在挥发性前体的化学反应后，在互连表面形成固体膜。 CVD可以确保在复杂的互连中确保共形涂层，并用于一系列半导体材料。
高压半导体中的降低电迁移
必须确保高压半导体提供稳定且可靠的功率传输和控制，并且工程师使用适当的工具和技术来减轻半导体电气移民的影响，以防止过早故障并确保事实的可靠性和耐用性。
