基于静电感应晶闸管的ESD保护器件设计与分析

摘要

静电放电，ESD，是在日常生活比较常见的自然现象，而对于普通IC来讲ESD是致命的危害。电子工业每年花在这上面的费用有数十亿美元之多。所以ESD现象越来越引起电子工程师们的重视，越来越多的保护器件和保护电路被开发出来，同时电子工程师与半导体工程师也更急需要研制出新型有效的ESD保护器件。
　　 本论文首次探索使用静电感应晶闸管(SITH)作为ESD保护器件。基于器件物理分析，自行编制了SITH对ESD应力作用动态响应过程的模拟程序，给出了SITH在ESD过程中的各参数(电压、电流、载流子、温度、产生率)的变化及其规律：研究了不同结构的SITH对ESD过程的响应特征；利用自行搭建的ESD信号发生和测试装置做了实验测试与分析。通过器件结构上的优化得到了以下结果：1、SITH在传输线脉冲模型(TLP)电流作用下所得到的器件的电压分布的变化与温度分布的变化；2、关键的结构参数(栅源间距)对SITH ESD表现的影响。
　　 本论文所取得的结果，作为基于新结构、新机制ESD保护器件研制的一项探索，可为新型的ESD保护器件的研制工作提供理论指导。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1几种常见的ESD放电模型

1.1.1人体模型(HBM)

1.1.2机器模型(MM)

1.1.3器件充电模型(CDM)

1.2传输线脉冲(TLP)测量方法

1.3研究背景

1.3.1 CMOS电路ESD保护发展现状

1.3.2双极电路ESD保护发展现状

第2章常见的ESD保护器件

2.1简单开启泄放电流类(Non-snapback Devices)

2.1.1 PN结二极管

2.1.2齐纳二极管

2.2骤回(Snapback)开启泄放电流

2.2.1MOSFET

2.2.2可控硅(SCR)

2.2.3常见的保护器件的衍生结构

2.3综合结构

2.3.1 FED(场效应二极管)

2.3.2超级TVS(Super-Clamp structure for TVS)

第3章计算方法与程序关键部分讨论

3.1漂移扩散模型第一层

3.2漂移扩散模型第二层

3.3第二层DD模型的离散

3.4其它有关参数模型的选择

3.4.1迁移率的模型

3.4.2热导率的模型

3.4.3雪崩击穿模型的选择

3.5归一化

第4章静电感应器件(SID)的结构与原理

4.1 SIT的结构

4.2 SIT的工作原理

4.3I-V关系

4.4 SITH的结构

4.5 SITH的工作基本原理

4.6I-V特性

4.7器件的性能的优化

第5章SITH对ESD事件的响应分析

5.1结构参数的确定

5.2调整一次击穿电压的方法

5.3 AC I-V曲线比较

5.4自编程序的模拟结果

5.5关于SlTH响应速度的讨论

5.6长漂移区SITH的ESD测试

第6章结论和展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢