發(fā)布時間：2020-04-18 21:33

【摘要】：隨著集成電路的迅猛發(fā)展,半導體制程工藝進入深亞微米領域乃至納米領域,靜電放電(ESD,Electro-Static Discharge)現(xiàn)象已經(jīng)成為造成芯片和電子產(chǎn)品失效的主要原因。同時伴隨著ESD設計窗口的縮小,降低觸發(fā)電壓和提高維持電壓成為了ESD防護設計的兩大設計要點。本文使用理論分析和TACD(Technology Computer Aided Design)仿真相結(jié)合的方法,以降低觸發(fā)電壓和提高維持電壓為設計目標,對結(jié)構(gòu)復雜度較高的可控硅(Silicon Controlled Rectifier,SCR)和鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(SiGe Hetero-junction Bipolar Transistor,HBT)進行研究。研究工作主要有:基礎單體ESD防護器件的工作原理分析及傳輸線脈沖(Transmission Line Pulse,TLP)測試結(jié)果分析,NHTSCR(Novel HBT-Triggered SCR)的開啟原理及載流子導通路徑分析及優(yōu)化設計,新型NTSCR(NPN-Triggered SCR)優(yōu)化原理及性能仿真。本文主要創(chuàng)新成果如下:一是針對HTSCR低維持電壓的特性,本文提出一種新型ESD防護結(jié)構(gòu):NHTSCR。在ESD脈沖下,NHTSCR通過HBT與反向HBT的分流作用抑制了SCR器件的正反饋效應,增加了器件維持電壓,達到提高器件抗閂鎖免疫能力的目的,并且通過外加電阻的方法降低了器件觸發(fā)電壓。測試結(jié)果表明:在ESD脈沖下,傳統(tǒng)HTSCR的維持電壓為1.34V,NHTSCR將其提高至3.72 V。在0.35μm SiGe BiCMOS 3.3V工藝下,NHTSCR可以解決閂鎖問題,滿足ESD設計窗口。二是針對傳統(tǒng)SCR高觸發(fā)電壓和低維持電壓的特性,設計了一種新型NTSCR(NPN-Triggered SCR)器件,NTSCR利用基極浮置的寄生NPN BJT(Bipolar Junction Transistor)作輔助觸發(fā)源,且寄生NPN管的集電區(qū)摻雜濃度較高,發(fā)射區(qū)摻雜濃度較低,因而具備較低的導通電壓。在ESD脈沖下,隨著SCR器件的開啟,電流路徑分為兩條:一條仍流經(jīng)基極浮置的NPN管,另一條流經(jīng)反偏結(jié)和寄生SCR。測試結(jié)果表明:與SCR相比,NTSCR的觸發(fā)電壓降低了12.2V,維持電壓提升了4.4V,在5V工作電源下,滿足ESD設計窗口。
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN305

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本文編號：2632558