繼續之前ESD的內容:ESD防護的基本目的在於:對大的ESD電流提供低阻泄放通路以避免熱損壞,同時將pin上電壓鉗位元到安全電壓防止介電擊穿。 這裏列舉一下常見的ESD保護器件,具體更多的內容建議參考 ‘ Basic ESD and I/O Design ‘ 一書,感覺裏面對ESD保護器件的敍述還是很全的 1.電阻
N阱電阻與襯底基礎,便於散熱,一般利用N-well電阻作高ESD的限流電阻,而多晶電阻散熱較差但其寄生較小,在低ESD時也有採用
當N-well電阻和NMOS接在一起做ESD保護時,需注意在NMOS雪崩時不會使N阱電阻熱擊穿 2. 二極體diode
正嚮導通的diode能通過大的電流瞬態,但其問題在於較低的開啟電壓(~0.65V)的限制;多個diode串接或可解決,但是其串聯電阻變大,減小了電流泄放能力 3. 柵接地NMOS (GGNMOS)
當正向ESD電壓加到IO pin上,NMOS的漏-襯底的p-n結反偏直到發生雪崩擊穿,產生的空穴流向襯底-地,使其電勢VB上升,進而使得寄生的橫向NPN的BJT開啟,提供 的低阻的ESD電流泄放通路,ESD電流從BJT的集電極(nmos的漏)流向BJT的發射極(nmos的接到地的源極),從而減輕nmos漏極(接到 PAD)的ESD問題;當負的ESD瞬態時,寄生的二極體提供ESD電流通路 GGNMOS的尺寸要足夠大以滿足大的ESD電流 :multiple fingers結構–>仍有finger的非均一導通問題–> ballasting resistor 鎮流電阻的方法->下面的GCNMOS 柵耦合NMOS (GCNMOS)
為減輕GGNMOS的size的要求,利用電容耦合適當提升NMOS的柵電壓,以增加襯底電流,加快橫向NPN的Vbe的建立
RC的選擇注意避免對NMOS柵氧上有過大的電壓 3.可控矽整流器SCR (Silicon-Controlled-Rectifiers)
*由於它的deep snap-back I-V特性,適合用於ESD保護中
當正向ESD電壓V(A,K)加入時, 縱向的PNP管Q1的BC結擊穿,產生的空穴電流流過寄生的襯底電阻,使橫向NPN管Q2的Vbe上升,最終使Q2開啟;為ESD電流提供低阻的泄放通 路,同時SCR較低的holding voltage也保證IO pad在安全電壓內。反向的ESD電壓時依靠二極體保護,其較低的電壓在某些應用中不適用
*必須注意避免SCR可能的latch-up問題,
相對於ESD NMOS, SCR的較高的ESD擊穿電壓(40V, with latch-up time 1ns),在ESD保護電路作用之前,內部電路可能已被損壞 –> 故而有下面的結構: 中等電壓觸發SCR (Medium-Voltage-Triggered SCR)
在n阱邊緣增加的N+區域,減小雪崩擊穿電壓; 在較低的ESD電壓下作用,25V for 0.35um CMOS
低電壓觸發SCR (Low-Voltage-Triggered SCR)
這裏增加的GGNMOS在ESD時首先發生雪崩擊穿,雪崩電壓與GGNMOS的相近(10V左右)
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