高压双向可控硅静电保护器件研究

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1、学校代码10530学号201510121224分类号TN492密级公开硕士学位论文高压双向可控硅静电保护器件研究学位申请人关健指导教师汪洋副教授金湘亮教授学院名称物理与光电工程学院学科专业电子科学与技术研究方向静电保护二零一八年五月StudyonHighVoltageBidirectionalSiliconControlElectrostaticProtectionDevicesCandidateJianGuanSupervisorAssociateProfessorYangWangProfessorXiangliangJinCollegeSchoolofPhysicsandOpto

2、electricEngineeringProgramElectronicScienceandTechnologySpecializationESDProtectionEngineeringDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateMay,2018学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由

3、本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要静电释放（ElectroStaticDischarge,ESD）是一种常见的自然现象。静电释放常常伴随高电压、大电流，具有能量集中、发生迅速等特点，对现代集成电路产业造成了巨大的危害。随着集成电路制

4、造工艺向着尺寸更小、制程更先进、栅氧厚度更薄等方向发展，集成电路具有越来越快的计算能力，越来越低的功耗，然而对静电的抵抗力却变得越来越差。因此，对ESD保护器件的研究与开发是集成电路产业安全和稳定发展的重要保障。本研究旨在为高压多电源供电的集成电路提供有效、稳定、高性能的双向静电保护器件。研究从现有双向可控硅（Bi-directionalSiliconControlledRectifier,DDSCR）结构ESD保护器件的工作原理和性能分析出发，针对器件存在的高触发电压、低维持电压的问题提出了新的器件结构。器件在0.5μmBCD工艺下流片、测试、分析。具体的研究内容如下：（1）分析探

5、究了传统双向可控硅的器件结构以及工作原理，采用改进型双向可控硅（ImprovedBi-directionalSiliconControlledRectifier,IBDSCR）器件成功为一款运算放大器的I/O口提供有效的ESD保护。该结构通过增加跨阱重掺杂扩散区降低了器件的触发电压、通过增加阴阳极间距提高了器件的维持电压，改善了传统双向可控硅触发电压高、维持电压低的缺陷。（2）提出一种新型嵌套式多指DDSCR结构，建立新器件导通电阻的等效梯形网络电阻模型。解释了新器件维持电压与叉指数目不相关的原因，以及决定该新型结构性能的关键因素。将传统6指器件和6指嵌套器件在同一工艺下流片，并在H

6、anwa传输线脉冲（TransmissionLinePulse,TLP）系统下测试，结果表明新结构将6指DDSCR器件的维持电压从5.44V提高到了21.24V，克服了传统DDSCR器件维持电压随叉指数增加而下降的缺点。（3）研究二极管触发可控硅器件的工作原理，分析了低压电路适用的正偏二极管阵列触发双向可控硅的工作机制，提出了一种用于高压电路的反偏二极管阵列触发双向可控硅的新器件。TLP测试结果表明，新器件将触发电压从76V降低到了30.31V，与理论计算预测的触发电压26.2V基本一致，验证了新器件触发电压由二极管阵列控制的设计原理。另外，还针对反偏二极管阵列触发双向可控硅提出了一

7、种版图优化方式，在一定程度上改善了多指器件的均匀导通性。关键词：静电保护；双向可控硅；嵌套结构；反偏二极管触发IAbstractElectrostaticDischarge(ESD)isacommonnaturalphenomenon.Electrostaticdischargehascausedgreatharmtothemodernintegratedcircuitindustrybecauseofitshighvoltage,largecurrent