ESD防護器件性能的研究及分析(演講PPT)

ESD防護器件性能的研究及分析ESD（Electro-Staticdischarge）的意思是“靜電釋放”。ESD是20世紀(jì)中期以來形成的以研究靜電的產(chǎn)生、危害及靜電防護等的學(xué)科。因此，國際上習(xí)慣將用于靜電防護的器材統(tǒng)稱為ESD，中文名稱為靜電阻抗器。------百度百科我們?yōu)槭裁匆治鯨DMOS器件ESD性能？？圖1：基于015LmCDMOS工藝NMOS和LDMOS器件的TLPI2V曲線驟回特性1.單指18VnLDMOS器件電流分布的非均勻性分析圖2：18VnLDMOS器件的剖面圖圖3：單指器件的等效電路模型如下簡單地用M1、M2表示單指18VnLDMOS器件的兩半段,M2漏極串聯(lián)的小電阻r用于表示因工藝的不平整性而造成的兩段器件漏極電阻差異。圖5t=014ns時M1、M2的電流分布圖6

t=3ns時M1、M2的電流分布圖5中M1、M2同時發(fā)生雪崩擊穿,電流趨于垂直芯片表面方向流動,且有少量雪崩電流進入襯底;圖6中M2則基本關(guān)斷,M1已進入snapback區(qū)。BJT依賴自偏置作用工作,電流沿芯片表面水平流動,漏端電壓減小,并逐漸趨于穩(wěn)定值。2.多指器件電流分布的非均勻性分析圖8多指nLDMOS剖面圖(a)為共漏的兩指18VnLDMOS在觸發(fā)時的電流分布,可以看到左側(cè)叉指電流明顯高于右側(cè)叉指,左側(cè)叉指先行觸發(fā),進入驟回區(qū);(b)是維持后兩指器件的電流分布,左側(cè)叉指橫向寄生三極管工作,電流趨于水平方向流動,右側(cè)叉指則完全無電流通過由此可推斷,兩指nLDMOS的ESD防護能力將與單指相當(dāng)。ESD保護器件中維持電壓的分析靜電放電(ESD)是造成電子元器件損傷、電路失效的一個重要原因,目前比較經(jīng)濟有效的防護方法是采用片上ESD保護。當(dāng)ESD保護器件發(fā)生雪崩擊穿后,器件兩端電壓隨電流增大而減小,內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)阻效應(yīng)。在ESD脈沖作用下,I-V特性曲線形成回滯,電壓被鉗制于一點,也就是維持電壓。維持電壓是ESD保護器件的一個重要設(shè)計參數(shù),其值必須大于所保護電路的正常工作電壓,才能使保護器件避免進入閆鎖狀態(tài)并具有抗閆鎖能力。

BJT保護結(jié)構(gòu)的工作原理

ESD保護電路通常由電阻、二極管、BJT、MOS等結(jié)構(gòu)構(gòu)成電流泄放通路,其中BJT結(jié)構(gòu)是這些保護手段的基礎(chǔ)。下圖為仿真研究的NPN型BJT保護結(jié)構(gòu)的剖面圖用于ESD保護時,該結(jié)構(gòu)的發(fā)射極和基極接地,相當(dāng)于ESD器件的陰極,而集電極作為陽極。在陽極施加ESD正向脈沖,集電結(jié)反偏。當(dāng)陽極電壓增大到集電結(jié)反向擊穿電壓時,集電結(jié)發(fā)生雪崩擊穿,產(chǎn)生的電子從集電極被抽走,成為陽極電流的一部分;而空穴電流流經(jīng)射基結(jié)到發(fā)射極,抬高基區(qū)電勢。隨著電流的增大,基區(qū)2發(fā)射區(qū)電阻上的壓降VBE增大,最終達到發(fā)射結(jié)的正偏開啟電壓Von,BJT開啟維持電壓的產(chǎn)生機理在ESD保護過程中,從觸發(fā)導(dǎo)通點(一次擊穿點觸發(fā)電壓,Vt1)到電壓維持點(Vh),保護器件的工作狀態(tài)進入線性飽和區(qū)域。集電結(jié)空間電荷區(qū)電子--空穴對的碰撞電離停止,在BJT內(nèi)部形成正反饋回路;基極電流IB不斷減小并趨于0,同時集電極電流Ic>0。當(dāng)雪崩倍增因子(M)與B（貝塔）之間滿足下述關(guān)系時:BM≥B+1器件端口I--V特性曲線進入回滯區(qū)域隨著Ic的進一步增大,端口電壓隨基區(qū)電導(dǎo)率調(diào)制不斷減小,呈現(xiàn)負(fù)阻效應(yīng)現(xiàn)象,此時BJT仍處于導(dǎo)通狀態(tài)。導(dǎo)通后的Vh值與基區(qū)有效寬度(Wb)、M、集電結(jié)、基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制下的電阻率(Qb)等因素有關(guān)。由于直流準(zhǔn)靜態(tài)負(fù)阻效應(yīng)下