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cmos閂鎖效應解決,cmos電路的閂鎖效應-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2024-12-20 

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cmos閂鎖效應解決,cmos電路的閂鎖效應-KIA MOS管


cmos的閂鎖效應

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


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


閂鎖效應的原理

閂鎖效應的核心在于CMOS工藝中形成的寄生雙極晶體管結構。在PMOS中,源和漏的重摻雜p+型有源區、N阱(N-Well)擴散區和P型襯底(P-sub)會形成縱向寄生的PNP結構;而在NMOS中,則形成橫向寄生的NPN結構。


在正常情況下,這些寄生晶體管處于截止狀態,不會對電路造成影響。然而,當外部條件(如電壓過沖、靜電放電等)導致其中一個寄生晶體管的集電極電流突然增大到一定值時,該晶體管會進入導通狀態,并通過正反饋機制觸發另一個寄生晶體管的導通,從而在VDD和VSS之間形成低阻抗通路,引發大電流。

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閂鎖效應的產生原因:

電壓過沖:當輸出端(Vout)的電位過沖超過VDD一定值時(如0.7V),PNP寄生晶體管會導通,進而觸發正反饋機制,導致閂鎖效應的發生。


靜電放電(ESD):靜電放電現象會在瞬間產生高壓,可能使輸出端電位遠高于VDD,導致NPN和PNP寄生晶體管同時導通,形成閂鎖。


電源干擾:瞬態電源干擾也可能導致器件管腳的電壓超過電源電壓或低于地,從而觸發閂鎖效應。


電感感應回沖:快速變化的電流在電感上會產生感應電動勢,這種感應電動勢可能通過電路耦合到器件管腳,導致電壓過沖或下沖,進而觸發閂鎖。


cmos閂鎖效應解決措施

避免閂鎖效應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處于正偏狀態。此外,通過提供大量的阱和襯底接觸也可以有效避免閂鎖效應。

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


版圖設計角度:使用Guardring(保護環)來隔離敏感區域,減少寄生效應的影響;同時確保電源線和地線足夠強壯,并打滿Contact孔以降低電阻。此外,還應注意將NMOS和PMOS拉開一定距離以降低觸發閂鎖的可能性。


電路設計角度:在電路電源或地變動較大的電路附近增加相關耦合電容以穩定電壓;在PAD附近增加保護二極管以防止靜電放電對電路的影響;在電路的主通路上串聯大電阻以限制電流的大小。


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