2*4阵列超低电容ESD保护器件的设计

作     者：王梁浩 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：任敏

授予年度：2019年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：ESD阵列 小电容 辅助触发 TLP仿真 

摘      要：静电放电现象广泛存在于半导体芯片生产,运输和使用的各个环节。ESD事件发生时会产生极大的能量消耗,往往会对芯片的功能产生破坏性的影响,造成财产上的损失,因此合格的ESD防护器件对于芯片和终端厂商非常重要。用于高速数据传输接口的ESD防护器件需要极小的电容才能避免因为阻抗不匹配而带来的数据丢失问题。基于此,本文将设计一款主要用于USB3.0和HDMI数据接口的ESD防护器件,具体研究内容如下:1、介绍课题的研究背景和国内外目前的研究现状,阐释ESD的破坏性和ESD防护对集成电路产业的重要性。2、从ESD防护的原理出发,将ESD防护器件分为snapback型和无snapback型,再分别介绍ESD的放电模型和测试模型并给出等效电路和等级划分。介绍二极管等常用的ESD防护器件的防护原理和TVS等系统级的ESD防护器件。给出ESD失效的判断标准。为随后的结构和工艺设计以及仿真指明了方向。3、给出设计目标并就目前设计中存在的触发电压过大的问题提出了通过引用辅助触发器件来降低触发电压的解决办法。和代工厂确定工艺路线并对关键步骤进行解释分析。提出给出本次设计拟采用的结构图,并采用串联小电容二极管的方法降低器件的电容。4、借助TCAD仿真软件,在确认的结构图基础上进行仿真拉偏,并根据器件结构的复杂性确定仿真拉偏的顺序。每一组仿真拉偏结果都会从理论上解释原因并通过比较仿真结果选择最优值。在所有器件的参数都满足要求后将器件通过电路连接并进行多脉冲TLP仿真,最终得到电容0.3pF,触发电压6.86V,维持电压1.5V,8A下正向钳位电压5.7V,反向箝位电压3.5V;16A下正向钳位电压7.5V,反向箝位电压5.15V的8通道ESD防护阵列并给出版图的设计方案。最后,本文也结合了国内外的产品提出了目前市场上ESD防护的设计方向,对以后的ESD阵列器件的开发具有一定的意义。