如何解决半导体生产中产生的静电？

随着半导体元件的高集成化、高速化和低电压化，诸如半导体设备以及显示设备、硬盘之类的电子元器件，以及包含有这些电子元器件的电子设备比以前更容易受到静电的影响。半导体制造过程中产生的静电所引发的各种障碍，是导致产品可靠性和良率降低的主要因素。

假设非导体原材料以及设备、备件已因流动或摩擦而产生静电。如果在这个带电物体附近有一个未被接地的非接地导体(浮动导体)，则会在这个非接地导体上发生一种称为感应起电的现象。之前一直是电中性的导体受到附近带电物体的影响，变成仿佛正在产生静电的状态。具体而言，如果非导体带正电，则附近未接地导体的非导体侧会带负电，而其另一侧则会带正电。也可以说是导体中的电子被带电物质吸引，使得导体中的一部分电荷被极化。导体被感应起电的状态非常危险，会发生放电以试图中和极化电荷。在现场，这种未接地的导体往往是人体，而应对措施是将人体接地，即也就是具有导电性的鞋和地板。

在半导体制造过程中，静电的预防和控制是必要的。如果不进行静电的预防和控制，则会发生诸如微粒污染，半导体因静电放电损坏以及相关设备停机等问题。针对半导体生产过程中的静电预防和控制方案包括：接地，静电耗散材料和空气电离中和离子。为了适应半导体行业快速发展带来的要求，静电耗散材料和空气电离器也在不断变化。

在半导体生产领域，都无法完全消除静电的负面影响，就算进行静电防护，也很难保持高水准的产品质量和成品率。但如果缺少静电控制，微粒污染，静电放电损坏和设备故障，这些问题在硅基片、光掩模的制造中，半导体前段洁净室内以及包括组装、封装以及最后测试和运送领域的后段制程中都可能随时发生，严重影响半导体产品的质量。

由 DGIST 能源科学与工程系 Ju-Hyuck Lee 教授领导的研究团队开发了一种使用摩擦纳米发电机的静电预防技术。这项研究的结果通过扩大摩擦纳米发电机的应用范围，促进了具有商业化潜力的改进和更有效的静电预防。

半导体和小型电子元件的最新发展增加了对静电预防的兴趣，因为对小型元件的静电损坏会导致缺陷率增加。目前，企业组合使用各种防静电产品，例如有线接地腕带、防静电垫、鞋子和负离子发生器。然而，这些方法导致设备成本增加和操作不便。因此，需要一种有效且简单的静电预防方法。

研究小组专注于静态条件的原因。人体通常是静止的，因为当两者接触时身体和物体之间存在电位差。

在最近对材料之间的摩擦电系列的研究中发现了这种电势差的原因。由于人体皮肤处于摩擦电系列的正极一侧，当它接触到通常使用的物体(如鞋子和衣服)时会带上正电，从而使身体电位急剧升高至正极，从而产生静电。研究团队的测量结果显示，步行约10 s后，人体电位增加了100 V以上。

作为解决方案，开发了一种将负电荷传输到身体的方法。使用摩擦纳米发电机，可以将通过身体运动(例如步行)产生的物理能量转化为电能。整流器为身体提供负电荷。研究小组观察到身体的电位下降到负值。

该团队还证实，人体电位下降的速度根据摩擦纳米发电机的输出(电压、电流和电荷)以及放电器的类型和表面积而变化。使用上述变量，将带有适当摩擦纳米发电机的静电预防系统应用于鞋底。因此，防止了身体电位的增加。这比市场上现有的无线防静电腕带要有效得多。

DGIST 能源科学与工程系 Ju-Hyuck Lee 教授表示：“这项研究提供了一种具有高商业化潜力的高成本效益方法，与现有的静电预防相比，有望有效地防止静电，而不会给工作带来不便。”