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cmos閂鎖效應(yīng)解決,cmos電路的閂鎖效應(yīng)-KIA MOS管

信息來(lái)源:本站 日期:2024-12-20 

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cmos閂鎖效應(yīng)解決,cmos電路的閂鎖效應(yīng)-KIA MOS管


cmos的閂鎖效應(yīng)

閂鎖效應(yīng)(Latch-up)是在CMOS晶片中,由于寄生的NPN和PNP三極管相互導(dǎo)通,使得在電源VDD和地VSS之間產(chǎn)生低阻抗通路,從而引發(fā)大電流通過(guò),對(duì)芯片造成永久性損壞的風(fēng)險(xiǎn)。這種效應(yīng)通常是由特定的電壓或電流條件觸發(fā),如靜電放電(ESD)、瞬態(tài)電源干擾等。


閂鎖效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致電路在電源與地之間形成短路,造成大電流、電過(guò)載(EOS)和器件損壞。具體表現(xiàn)為電路承受比正常工作大得多的電流,可能導(dǎo)致電路迅速燒毀。


閂鎖效應(yīng)的原理

閂鎖效應(yīng)的核心在于CMOS工藝中形成的寄生雙極晶體管結(jié)構(gòu)。在PMOS中,源和漏的重?fù)诫sp+型有源區(qū)、N阱(N-Well)擴(kuò)散區(qū)和P型襯底(P-sub)會(huì)形成縱向寄生的PNP結(jié)構(gòu);而在NMOS中,則形成橫向寄生的NPN結(jié)構(gòu)。


在正常情況下,這些寄生晶體管處于截止?fàn)顟B(tài),不會(huì)對(duì)電路造成影響。然而,當(dāng)外部條件(如電壓過(guò)沖、靜電放電等)導(dǎo)致其中一個(gè)寄生晶體管的集電極電流突然增大到一定值時(shí),該晶體管會(huì)進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài),并通過(guò)正反饋機(jī)制觸發(fā)另一個(gè)寄生晶體管的導(dǎo)通,從而在VDD和VSS之間形成低阻抗通路,引發(fā)大電流。

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閂鎖效應(yīng)的產(chǎn)生原因:

電壓過(guò)沖:當(dāng)輸出端(Vout)的電位過(guò)沖超過(guò)VDD一定值時(shí)(如0.7V),PNP寄生晶體管會(huì)導(dǎo)通,進(jìn)而觸發(fā)正反饋機(jī)制,導(dǎo)致閂鎖效應(yīng)的發(fā)生。


靜電放電(ESD):靜電放電現(xiàn)象會(huì)在瞬間產(chǎn)生高壓,可能使輸出端電位遠(yuǎn)高于VDD,導(dǎo)致NPN和PNP寄生晶體管同時(shí)導(dǎo)通,形成閂鎖。


電源干擾:瞬態(tài)電源干擾也可能導(dǎo)致器件管腳的電壓超過(guò)電源電壓或低于地,從而觸發(fā)閂鎖效應(yīng)。


電感感應(yīng)回沖:快速變化的電流在電感上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),這種感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可能通過(guò)電路耦合到器件管腳,導(dǎo)致電壓過(guò)沖或下沖,進(jìn)而觸發(fā)閂鎖。


cmos閂鎖效應(yīng)解決措施

避免閂鎖效應(yīng)的方法包括減小襯底和N阱的寄生電阻,使寄生的三極管不會(huì)處于正偏狀態(tài)。此外,通過(guò)提供大量的阱和襯底接觸也可以有效避免閂鎖效應(yīng)。

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工藝制造角度:采用淺槽隔離技術(shù)(STI)、SOI工藝技術(shù)、倒摻雜阱技術(shù)和外延技術(shù)等手段來(lái)減小寄生電阻和電容,降低閂鎖效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。


版圖設(shè)計(jì)角度:使用Guardring(保護(hù)環(huán))來(lái)隔離敏感區(qū)域,減少寄生效應(yīng)的影響;同時(shí)確保電源線和地線足夠強(qiáng)壯,并打滿Contact孔以降低電阻。此外,還應(yīng)注意將NMOS和PMOS拉開(kāi)一定距離以降低觸發(fā)閂鎖的可能性。


電路設(shè)計(jì)角度:在電路電源或地變動(dòng)較大的電路附近增加相關(guān)耦合電容以穩(wěn)定電壓;在PAD附近增加保護(hù)二極管以防止靜電放電對(duì)電路的影響;在電路的主通路上串聯(lián)大電阻以限制電流的大小。


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