Η ηλεκτρομετανάστευση (electromigration) είναι ένα φαινόμενο που συμβαίνει σε επίπεδο ατόμων. Είναι η μεταφορά υλικού που προκαλείται από τη σταδιακή μετακίνηση των ιόντων σε έναν αγωγό, λόγω των συγκρούσεων μεταξύ των ελεύθερων (αγώγιμων) ηλεκτρονίων (που μια μικρή αλλά υπολογίσιμη μάζα στο υποατομικό επίπεδο) από τη μια και των ατόμων του μετάλλου από την άλλη, οπότε τα τελευταία μετακινούνται από τις θέσεις τους.
Όταν στην επιφάνεια ενός μεταλλικού αγωγού, λοιπόν, εφαρμόζεται υψηλή ένταση ρεύματος, τα ηλεκτρόνια συγκρούονται με τα άτομα του αγωγού. Οι συνεχείς συγκρούσεις των ηλεκτρονίων, αναγκάζουν κρυστάλλους από τα άτομα του αγωγού να κινηθούν προς την κατεύθυνση πρόσπτωσης.
Έτσι, μετά από αρκετό διάστημα θα έχουμε τη συσσώρευση μετάλλου στη μία πλευρά της ένωσης. Παράλληλα η άλλη πλευρά θα αδυνατίζει και ίσως κάποια στιγμή να σπάσει.
Όταν αποδυναμωθεί αρκετά ή σπάσει ο δεσμός σε κάποιο σημείο του αγωγού, το κύκλωμα ανοίγει. Σαν αποτέλεσμα, δεν περνάνε πλέον τα ηλεκτρόνια – και άρα ούτε ρεύμα.
Οι επεξεργαστές των σημερινών υπολογιστών αποτελούνται από τέτοιους μεταλλικούς – κυρίως χάλκινους – αγωγούς. Έτσι, σε βάθος χρόνου είναι αναπόφευκτο να επηρεαστούν απ’ αυτό το φαινόμενο.
Μάλιστα, αν κάνουμε overclocking επιταχύνεται και το φαινόμενο της ηλεκτρομετανάστευσης. Σαν αποτέλεσμα, η CPU θα χαλάσει γρηγορότερα, ανεξαρτήτως ψύξης.
Το φαινόμενο είναι σημαντικό σε εφαρμογές όπου χρησιμοποιούνται συνεχή ρεύματα υψηλής πυκνότητας, όπως στη μικροηλεκτρονική. Καθώς το μέγεθος της στερεάς δομής στα ηλεκτρονικά, όπως είναι τα ολοκληρωμένα κυκλώματα (ICs) μειώνεται, η πρακτική σημασία αυτής της επίδρασης συνεχώς αυξάνεται.
Το φαινόμενο της ηλεκτρομετανάστευσης είναι γνωστό για πάνω από 100 χρόνια, όταν είχε ανακαλυφθεί από τον Γάλλο επιστήμονα Gerardin. Το θέμα απέκτησε για πρώτη φορά πρακτικό ενδιαφέρον κατά τα τέλη της δεκαετίας του 1960, όταν εμφανίστηκαν για πρώτη φορά τα ολοκληρωμένα κυκλώματα IC. Τα πρώτα εμπορικά διαθέσιμα ολοκληρωμένα απέτυχαν σε μόλις τρεις εβδομάδες χρήσης λόγω της ηλεκτρομετανάστευσης, η οποία ανάγκασε την ηλεκτρονική βιομηχανία ημιαγωγών να διορθώσει αυτό το πρόβλημα. Την εποχή εκείνη, οι μεταλλικές διασυνδέσεις στα IC ήταν ακόμα περίπου 10 μικρά. Σήμερα οι διασυνδέσεις είναι πλάτους μόνο μερικές εκατοντάδες έως δέκα νανόμετρα, καθιστώντας την έρευνα στον τομέα της ηλεκτρομετανάστευση όλο και πιο σημαντική.
Η ηλεκτρομετανάστευση δηλαδή μειώνει την αξιοπιστία των τσιπ (ολοκληρωμένα κυκλώματα (IC)). Μπορεί να προκαλέσει την απώλεια συνδέσεων ή την αποτυχία ενός κυκλώματος. Δεδομένου ότι η αξιοπιστία των IC είναι εξαιρετικά σημαντική για ταξίδια στο διάστημα, για στρατιωτικούς σκοπούς, συστήματα ABS κατά την πέδηση, στον ιατρικό εξοπλισμό όπως οι αυτοματοποιημένοι εξωτερικοί απινιδωτές, αλλά και είναι πολύ σημαντική για τους προσωπικούς υπολογιστές ή τα συστήματα οικιακής ψυχαγωγίας, θα πρέπει να λυθεί το πρόβλημα της ηλεκτρομετανάστευσης.
Αν και η βλάβη από ηλεκτρομετανάστευση τελικά έχει ως αποτέλεσμα την βλάβη του επηρεασμένου IC, τα πρώτα συμπτώματα είναι δυσλειτουργίες και είναι αρκετά δύσκολο να διαγνωσθούν ότι οφείλονται σε αυτήν. Στα τέλη της δεκαετίας του 1980, μια σειρά desktop drives της Western Digital υπέστη εκτεταμένη βλάβη 12-18 μήνες μετά τη χρήση τους. Κι αυτό οφειλόταν στην ηλεκτρομετανάστευση, όπως επίσης και σε οικιακούς υπολογιστές της Commodore κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1980. Κατά τη διάρκεια του 1983, ο υπολογιστής Commodore 64 για ένα χρονικό διάστημα είχε σχεδόν 50% ποσοστό επιστροφής πελατών.
Δεν υπάρχουν σχόλια :
Δημοσίευση σχολίου