基于SCR的高压集成电路ESD防护研究与设计
发布时间：2021-05-20 01:45
静电放电（Electro Static Discharge简称ESD）已经成为集成电路（IC）芯片失效的主要原因之一,尽管国内外对低压集成电路ESD防护的研究已日趋成熟,但是对高压集成电路的研究仍处于起步阶段,并且高压集成电路通常处于大电压、大电流等极其恶劣的环境中,往往对ESD防护器件的维持电压要求比较苛刻,而且常规的ESD保护器件在高压集成电路中极易出现误触发、类闩锁、鲁棒性不足等问题,这更加剧了高压集成电路ESD防护设计的困难。鉴于此,本文的主要设计目标是提高ESD防护器件的维持电压,设计出具有高维持电压、防闩锁的ESD防护器件,以满足高压集成电路的ESD防护需求。本文的主要工作及研究成果如下:1、本文研究了ESD防护的基本理论知识,包括ESD测试模型、ESD的测试方法、ESD防护器件的设计窗口以及理想状态下ESD防护器件的特性。本文结合Sentaurus TCAD仿真工具对二极管、BJT、MOSFET、SCR的工作原理及性能进行深入研究、分析与优化,对比了各ESD防护器件的优缺点及适用范围。2、为了满足高压集成电路对ESD防护器件高维持电压的设计要求,本文对传统SCR器件维持电...
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状与发展
1.3 高压集成电路ESD防护设计目标
1.4 面临的挑战
1.5 论文的结构安排
2 ESD防护设计的基本理论
2.1 ESD防护原理
2.2 ESD放电模型
2.2.1 人体模型(HBM)
2.2.2 机器模型(MM)
2.2.3 充电器件模型(CDM)
2.2.4 传输线脉冲测试模型(TLP)
2.3 ESD的测试方法
2.3.1 I/O引脚与电源之间的ESD应力测试
2.3.2 I/O引脚之间的ESD应力测试
2.3.3 VDD引脚与VSS引脚之间的ESD应力测试
2.4 ESD防护方案的设计
2.4.1 器件级ESD防护方法
2.4.2 ESD的设计窗口
2.4.3 电路级ESD防护方法
2.5 SentaurusTCAD
2.5.1 TCAD仿真技术的发展历程
2.5.2 器件仿真的基本流程
2.5.3 TCAD仿真软件的物理模型及数学解析方法
2.6 本章小结
3 ESD防护器件的研究与优化设计
3.1 二极管的ESD防护研究
3.1.2 参数d3对二极管性能的影响
3.1.3 基于二极管的ESD防护方案
3.2 BJT的ESD防护研究
3.2.1 BJT的ESD防护原理
3.2.2 BJT的TCAD仿真分析
3.2.3 基于BJT的ESD防护方案
3.3 MOSFET的ESD防护研究
3.3.1 GGNMOS器件的ESD防护原理
3.3.2 55nm工艺下GGNMOS的流片测试
3.3.3 提高GGNMOS的维持电压的设计方案
3.4 SCR的ESD防护研究
3.4.1 闩锁效应(Latch-up)
3.4.2 传统SCR的ESD防护原理
3.4.3 SCR器件TCAD仿真研究
3.5 ESD防护器件的性能对比
3.6 本章小结
4 新型高压集成电路防闩锁的ESD防护研究与设计
4.1 高压ESD防护方案
4.2 0.18μm工艺下SCR器件的流片测试
4.3 提高SCR防护器件维持电压的方法
4.4 新型高维持电压的SCR结构
4.4.1 新型HHVSCR结构及其原理分析
4.4.2 新型HHVSCR器件的TCAD仿真分析
4.4.3 关键尺寸NIL深度的影响
4.4.4 关键尺寸参数d3的影响
4.5 本章小节
5 新型HHVSCR堆叠结构的研究与设计
5.1 堆叠低压ESD器件的研究
5.2 新型HHVSCR结构性能的优化设计
5.3 新型HHVSCR堆叠结构的研究与分析
5.3.1 HHVSCR的堆叠结构
5.3.2 HHVSCR堆叠结构的仿真分析
5.4 性能对比
5.5 本章小节
6 总结与展望
6.1 论文总结
6.2 展望
参考文献
个人简历与研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]CMOS集成电路的ESD测试[J]. 唐立伟. 电子制作. 2013(12)
[2]基于BJT的ESD保护器件中维持电压的建模与分析[J]. 梁海莲,杨兵,顾晓峰,柯逸辰,高国平. 固体电子学研究与进展. 2012(05)
[3]CMOS电路结构中的闩锁效应及其防止措施研究[J]. 龙恩,陈祝. 电子与封装. 2008(11)
[4]人体静电放电（ESD）及保护电路的设计[J]. 薛同泽,沙占友,崔博. 微计算机信息. 2007(14)
[5]静电及其研究进展[J]. 刘尚合,宋学君. 自然杂志. 2007(02)
[6]CMOS电路中的闩锁效应研究[J]. 牛征. 电子与封装. 2007(03)
[7]静电放电及其防护设计[J]. 李秀峰,邱扬,丁高. 国外电子测量技术. 2006(02)
[8]静电放电防护器件研究综述[J]. 王振兴,张希军,杨洁,武占成. 军械工程学院学报. 2011 (02)
本文编号：3196837
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状与发展
1.3 高压集成电路ESD防护设计目标
1.4 面临的挑战
1.5 论文的结构安排
2 ESD防护设计的基本理论
2.1 ESD防护原理
2.2 ESD放电模型
2.2.1 人体模型(HBM)
2.2.2 机器模型(MM)
2.2.3 充电器件模型(CDM)
2.2.4 传输线脉冲测试模型(TLP)
2.3 ESD的测试方法
2.3.1 I/O引脚与电源之间的ESD应力测试
2.3.2 I/O引脚之间的ESD应力测试
2.3.3 VDD引脚与VSS引脚之间的ESD应力测试
2.4 ESD防护方案的设计
2.4.1 器件级ESD防护方法
2.4.2 ESD的设计窗口
2.4.3 电路级ESD防护方法
2.5 SentaurusTCAD
2.5.1 TCAD仿真技术的发展历程
2.5.2 器件仿真的基本流程
2.5.3 TCAD仿真软件的物理模型及数学解析方法
2.6 本章小结
3 ESD防护器件的研究与优化设计
3.1 二极管的ESD防护研究
3.1.2 参数d3对二极管性能的影响
3.1.3 基于二极管的ESD防护方案
3.2 BJT的ESD防护研究
3.2.1 BJT的ESD防护原理
3.2.2 BJT的TCAD仿真分析
3.2.3 基于BJT的ESD防护方案
3.3 MOSFET的ESD防护研究
3.3.1 GGNMOS器件的ESD防护原理
3.3.2 55nm工艺下GGNMOS的流片测试
3.3.3 提高GGNMOS的维持电压的设计方案
3.4 SCR的ESD防护研究
3.4.1 闩锁效应(Latch-up)
3.4.2 传统SCR的ESD防护原理
3.4.3 SCR器件TCAD仿真研究
3.5 ESD防护器件的性能对比
3.6 本章小结
4 新型高压集成电路防闩锁的ESD防护研究与设计
4.1 高压ESD防护方案
4.2 0.18μm工艺下SCR器件的流片测试
4.3 提高SCR防护器件维持电压的方法
4.4 新型高维持电压的SCR结构
4.4.1 新型HHVSCR结构及其原理分析
4.4.2 新型HHVSCR器件的TCAD仿真分析
4.4.3 关键尺寸NIL深度的影响
4.4.4 关键尺寸参数d3的影响
4.5 本章小节
5 新型HHVSCR堆叠结构的研究与设计
5.1 堆叠低压ESD器件的研究
5.2 新型HHVSCR结构性能的优化设计
5.3 新型HHVSCR堆叠结构的研究与分析
5.3.1 HHVSCR的堆叠结构
5.3.2 HHVSCR堆叠结构的仿真分析
5.4 性能对比
5.5 本章小节
6 总结与展望
6.1 论文总结
6.2 展望
参考文献
个人简历与研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]CMOS集成电路的ESD测试[J]. 唐立伟. 电子制作. 2013(12)
[2]基于BJT的ESD保护器件中维持电压的建模与分析[J]. 梁海莲,杨兵,顾晓峰,柯逸辰,高国平. 固体电子学研究与进展. 2012(05)
[3]CMOS电路结构中的闩锁效应及其防止措施研究[J]. 龙恩,陈祝. 电子与封装. 2008(11)
[4]人体静电放电（ESD）及保护电路的设计[J]. 薛同泽,沙占友,崔博. 微计算机信息. 2007(14)
[5]静电及其研究进展[J]. 刘尚合,宋学君. 自然杂志. 2007(02)
[6]CMOS电路中的闩锁效应研究[J]. 牛征. 电子与封装. 2007(03)
[7]静电放电及其防护设计[J]. 李秀峰,邱扬,丁高. 国外电子测量技术. 2006(02)
[8]静电放电防护器件研究综述[J]. 王振兴,张希军,杨洁,武占成. 军械工程学院学报. 2011 (02)
本文编号：3196837
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3196837.html
