ESD防护器件HMM和TLP测试方法及性能评价

人体–金属模型波形(HMM)和传输线脉冲(TLP)波形是静电放电防护器件测试时常用的注入波形。针对静电放电(ESD)防护器件,介绍了这2种波形的测试方法。通过对同一型号瞬态电压抑制器进行测量,获取器件的瞬态波形、钳位电压、损伤阈值、瞬态阻抗等特性参数,并对结果进行分析比较。测试结果表明,基于IEC标准的HMM测试所能得到的有效信息最少;基于TLP的HMM测试可直观得到被测器件的静电放电瞬态响应;TLP矩形波测试结果的稳定性好,测量参数的可重复性高。

深亚微米SOI工艺ESD防护器件设计

在集成电路设计领域,绝缘体上硅(SOI)工艺以其较小的寄生效应、更快的速度,得到广泛应用。但由于SOI工艺器件的结构特点及自加热效应(SHE)的影响,其静电放电(ESD)防护器件设计成为一大技术难点。当工艺进入深亚微米技术节点,基于部分耗尽型SOI(PD-SOI)工艺的ESD防护器件设计尤为困难。为了提高深亚微米SOI工艺电路的可靠性,开展了分析研究。结合SOI工艺器件的结构特点,针对性地进行了ESD防护器件选择,合理设计了器件尺寸参数,并优化设计了器件版图。使用该设计的一款数字电路,通过了4.5 k V人体模型(HBM)的ESD测试。该设计有效解决了深亚微米SOI工艺ESD防护器件稳健性弱的问题。

系统级测试下静电防护器件的失效机理分析

为满足系统级电磁兼容测试标准IEC61000-4-2,许多航空电子设备中都有静电放电(ESD)防护器件,其功能的失效直接影响到被保护电路和整机的安全性。在分析该类器件的失效机理时考虑到典型性,选择双极性ESD防护器件0603ESDA-TR作为受试对象,研究了系统级ESD注入对器件性能的影响,并对器件内部温度分布进行了仿真分析。研究表明ESD脉冲注入时雪崩电流在整个pn结面分布不均匀,仅集中在边缘几个点上,局部过热点的温度甚至达到硅熔融温度,将破坏原有的晶格结构,导致器件二次击穿而发生硬损伤。当ESD电压达到25kV后,器件的性能参数开始退化,但反向漏电流几乎不变;连续100次脉冲后器件完全失效。分析后得出的结论是:ESD防护器件遭受系统级静电放电冲击时具有累积效应,其失效是由性能退化引起的,并且传统的漏电流检测无法探测到ESD引起的损伤。

基于可控硅整流器的静电放电防护器件延迟特性

为提高静电放电(ESD)防护器件的开启速度,减小被保护电路的损伤概率,在0.18μm CMOS混合信号工艺下,研究了结构参数、脉冲幅值对基于可控硅整流器(SCR)的ESD防护器件开启时间的影响。在基区渡越时间的基础上,加上了结电容的影响因素,完善了器件防护延迟模型,当注入脉冲电压值增大到700V时,模型最大误差<0.5ns,在分析快沿脉冲的防护时更符合实际情况。仿真结果表明:当阱间距取5.00μm,N+与P+间隔取0.50μm,SCR的开启时间可降为1ns。此外,在大幅值的脉冲注入下,由于结电容的充电速度加快,SCR的开启也更为迅速。实验结果验证了模型和仿真分析的准确性,在一定程度上增大阱间距的宽度,减小N+与P+的间隔可以缩短SCR的开启时间,为该类型防护器件的设计、参数优化提供了理论依据。