基于GGNMOS的ESD建模与仿真技术研究

随着微电子加工工艺技术的发展,集成电路对静电越来越敏感。设计合理有效的静电放电(ESD)保护器件显得日趋重要。传统的"手动计算+流片验证"的设计方法费时耗力。该文基于栅极接地的NMOS(GGNMOS)器件,以Sentaurus为仿真平台,建立器件模型,根据ESD防护能力的需求,计算出GGNMOS的设计参数,设计出防护指标达到人体模型(HBM)4.5kV的管子。结果表明,该方法简单有效,能缩短设计周期,是防护器件设计的一种优秀方法。     

人体行走电压的时域波形研究

基于测试得到的人体行走电压时域波形,提出了仿真人体行走电压的等效电路模型构建方法,分析了模型参数对人体行走电压时域波形的影响.按照IEC 61340-4-5中规定的人体行走电压的测试方法,测试了不同温湿度、不同鞋、不同地板条件下,人体行走电压的时域波形.通过对大量实测人体行走电压时域波形的分析,提出了人体行走电压的等效RC电路模型,得到人体的带电量满足指数形式的充放电关系,其时间常数τ由等效电路模型的电阻R、电容C参数决定.人体行走中,人的动作引起人体电容的周期性变化,进而导致人体电压呈现周期性变化趋势.通过对比实测数据,模型与实验结果符合较好,人体动作引起的电压周期性变化一致性较好,实验具有很好的可重复性.     

双界面智能卡芯片模拟前端ESD设计

双界面智能卡芯片静电放电(ESD)可靠性的关键是模拟前端(AFE)模块的ESD可靠性设计,如果按照代工厂发布的ESD设计规则设计,AFE模块的版图面积将非常大.针对双界面智能卡芯片AFE电路结构特点和失效机理,设计了一系列ESD测试结构.通过对这些结构的流片和测试分析,研究了器件设计参数和电路设计结构对双界面智能卡芯片ESD性能的影响.定制了适用于双界面智能卡芯片AFE模块设计的ESD设计规则,实现对ESD器件和AFE内核电路敏感结构的面积优化,最终成功缩小了AFE版图面积,降低了芯片加工成本,并且芯片通过了8 000 V人体模型(HBM) ESD测试.     

功率快恢复二极管反偏ESD机理分析

功率半导体器件静电放电(ESD)的可靠性在应用中至关重要,其抗ESD的机理需深入研究。采用一种符合GB/T 17626.2标准的简明分段线性电流源,对功率快恢复二极管(FRD)反偏ESD过程进行仿真计算。基于器件外端电压波形经历过冲、负阻和振荡以及平缓发展三个阶段,分析了器件内部相应的一系列复杂变化。结果表明:器件内部的"过耗尽"、雪崩注入、载流子及电场分布涨落等变化,最终导致电流在pn结拐角处形成局部集中。最后,分析了器件结构参数对抗ESD能力的影响。     

深槽TVS研究

以静电放电（ESD）以及其他一些电压浪涌形式随机出现的瞬态电压,通常存在于各种电子器件中。随着半导体器件日益趋向小型化、高密度和多功能。电子器件越来越容易受到电压浪涌的影响,甚至导致致命的伤害。从静电放电到闪电等各种电压浪涌都能诱导瞬态电流尖峰,瞬态电压抑制器（TVS）通常用来保护敏感电路受到浪涌的冲击。基于不同的应用。瞬态电压抑制器可以通过改变浪涌放电通路和自身的箝位电压来起到电路保护作用。为了节省芯片面积,并且获得更高的抗浪涌能力,深槽TVS的概念已经被提出和研究。深槽TVS的结面形成于纵向的深槽的侧壁,这样,在相同的芯片面积下,它有更多的有效结面积,即更强的放电能力。我们也可以预见,深槽TVS的小封装尺寸对应用于保护高端IC非常关键。     

GaAs低噪声放大器的抗静电设计

基于提升GaAs低噪声放大器(LNA)的抗静电(ESD)能力的需求,且实现器件小型化轻量化,设计了一种S波段GaAs低噪声放大器的ESD防护电路,该电路利用1/4波长线的微波特性,通过1/4波长微带线并联在GaAs芯片的输入输出端,瞬态二极管(TVS)并联在芯片的电源端,不改变器件原有封装尺寸的条件下构成保护结构.基于ESD人体模型,运用静电模拟仪器对低噪声放大器进行了模拟试验,并对其性能进行了测试.结果表明,在6.5 mm×6.5 mm×2.4 mm的封装尺寸下,器件的抗静电能力从250 V提高到了1 000 V,在频率为2.6～3.7 GHz,带内增益大于25 dB,增益平坦度小于-±0.5 dB,噪声系数小于1.5 dB,满足高可靠领域应用的要求.     

基于高分子电压诱导变阻膜的全PCB抗脉冲防护

随着芯片集成度的不断提高,内部互连导线间距越来越小,器件更易在静电作用下受到损害。为提高印制电路板（PCB）在实际应用中抗静电放电（ESD）和电磁脉冲（EMP）的能力,制作了一种高分子电压诱导变阻膜,将其嵌入PCB中形成脉冲吸收网络,使全板具备抗瞬变脉冲能力,实现对ESD和EMP的全系统防护。ESD防护实测结果表明,对比普通PCB,全抗脉冲PCB对静电脉冲有更快的响应速度和更高的释放效率;传输线脉冲（TLP）测试结果表明,采用电压诱导变阻膜的PCB中每一点都具有过电压脉冲吸收能力,电流泄放能力可达50 A以上。     

人体静电放电参数对带电电压的依赖关系研究

在带电电压为200～3000V的范围内测量了带电人体放电电流和上升时间,计算了其他放电参数;研究了放电参数与电压和电板速度的相关性.将RampeWeizel定理用于空气中带电人体的小间隙静电放电模型.观察发现在电压为800V时放电参数在电极运动速度影响下出现临界值.当电压高于1000V,或低于600V时,电极移动速度对放电参数的影响出现降低的趋势.     

ESD作用下晶闸管dV/dt触发导通规律研究

针对电磁脉冲作用下晶闸管（silicon controlled rectifier,SCR）意外导通事故频发的问题,选择静电放电（electrostatic discharge,ESD）作为典型电磁脉冲源,对比分析了小电流SCR的ESD敏感度特性,确定了ESD作用下SCR的失效模式为门极电压作用失效、阴阳极断路.采用理论和试验相结合的方法得出了SCR意外导通的开启时间仅与阳极电压和器件本身特性有关的结论,并进一步通过方波电磁脉冲注入的对比试验,揭示了ESD作用下SCR因dV/dt触发导通的开启时间只与ESD注入电压有关:注入电压越高,开启时间越短.     

光电隔离开关抗静电放电试验失效原因分析

在抗静电放电（ESD）试验后通常会使用I-V特性扫描对器件是否失效进行判断。但对有些特殊电路而言,使用这种I-V特性扫描可能对电路造成电应力损伤,导致对电路是否满足ESD试验能力做出错误的判断。文章主要以光电隔离开关为例,分析了造成这种现象的原因,并提出在进行该类光电器件的ESD试验过程中不进行端口I-V特性扫描,以避免由此带来的额外损伤。     

静电及其研究进展

基于测试得到的人体行走电压时域波形, 提出了仿真人体行走电压的等效电路模型构建方法, 分析了模型参数对人体行走电压时域波形的影响.按照IEC 61340-4-5中规定的人体行走电压的测试方法, 测试了不同温湿度、不同鞋、不同地板条件下, 人体行走电压的时域波形.通过对大量实测人体行走电压时域波形的分析, 提出了人体行走电压的等效RC电路模型, 得到人体的带电量满足指数形式的充放电关系, 其时间常数τ由等效电路模型的电阻R、电容C参数决定.人体行走中, 人的动作引起人体电容的周期性变化, 进而导致人体电压呈现周期性变化趋势.通过对比实测数据, 模型与实验结果符合较好, 人体动作引起的电压周期性变化一致性较好, 实验具有很好的可重复性.     

H型栅SOIMOS作为静电保护器件的维持电压的研究(英文)

对绝缘体上硅工艺来说,静电保护可靠性是一个关键且具有挑战性的问题。着重于研究H型栅SOIMOS的维持电压,通过实验发现此器件的维持电压与栅宽紧密联系。结合TCAD仿真解释了器件的工作机理,通过建立集约模型并由HSPICE仿真,揭示了体电阻与维持电压之间的关系。     

ESD对RuO2厚膜电阻阻值的影响

采用静电放电(Electrostatic discharge,ESD)发生器对RuO2厚膜电阻直接放电,研究了电阻阻值变化率与电阻尺寸、阻值和ESD条件的关系。结果表明:厚膜电阻阻值受ESD作用而下降;相同ESD及阻值条件下的阻值变化率随电阻尺寸的增大而减小;相同电阻的阻值变化率随ESD电压的增大而增大;10kΩ左右的厚膜电阻在ESD作用下的阻值变化率最大,阻值变化率随着阻值的减小和增大而呈减小趋势;对10kΩ厚膜电阻反复施加不断增大的ESD电压,除宽度尺寸为0.45mm的电阻阻值在8～10kV之间出现一次回升外,电阻阻值逐步下降。     

影响ESD荷电器件模型放电电流的关键参数研究

静电放电峰值电流是基于荷电器件放电模型的放电测试装置中波形验证的关键指标.针对影响放电峰值电流的几个因素:测试探针长度、直径、形状和充电盘绝缘介电层的厚度,研究了这些参数变化对放电峰值电流的影响规律.根据研究结果可调整相应参数,保证荷电器件放电模型的测试装置符合测试标准.基于LRC放电电路的等效模型,实验结果给出了到满意的定量或定性解释.     

The novel SCR-based ESD protection with low triggering and high holding voltages

This paper introduces a novel silicon controlled rectifier (SCR)-based circuit. The proposed device using 70 nm DRAM process obtained the high holding and low triggering voltages by using variable IR drop. These characteristics enable to discharge electrostatic discharge (ESD) current and ensure latch-up immunity for normal operations. Also, the proposed scheme is easily implemented through the modification of the metal connection compare to the conventional SCR-based device. We investigated electrical characteristics by both measurements and TCAD simulations. Measurement results showed the proposed SCR had triggering voltage of 6.2 V, holding voltage of 3.3 V, and the second breakdown current of 58 mA/μm.