基于静电感应晶闸管的ESD保护器件设计与分析

论文摘要

静电放电,ESD （Electro-Static discharge）,是在我们的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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 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
• 2.2.1 MOSFET
• 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
• 4.3 I-V关系
• 4.4 SITH的结构
• 4.5 SITH的工作基本原理
• 4.6 I-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SITH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