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《系统与芯片ESD防护的协同设计》 —2.5.2 阻抗匹配和对失效水平的影响

华章计算机 发表于 2019-11-23 20:11:30 11-23 20:11
华章计算机 发表于 2019-11-23 20:11:30 2019/11/23
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【摘要】 本节书摘来自华章计算机《系统与芯片ESD防护的协同设计》一书中第2章,第2.5.2节,作者是[美]弗拉迪斯拉夫·瓦什琴科(Vladislav Vashchenko) [比]米尔科·肖尔茨(Mirko Scholz),韩雁 丁扣宝 张世峰 译。

2.5.2 阻抗匹配和对失效水平的影响

  观察到的器件失效与特定HMM-50测试仪脉冲源阻抗直接有关。所测器件的导通电阻远低于50Ω,这导致与HMM测试仪源阻抗的失配。如果给HMM装置串联一个50Ω电阻(图2.62),可使反射最小化并抑制因反向恢复引起的失效。

  具有50 Ω串联电阻的HMM重复测试给出了不同的结果(表2.5)。当对组2的两个器件施加HMM-50 测试仪应力时,等效失效水平相差不多。

表2.5 HMM-50测试仪应力下ESD二极管和nLDMOS-SCR在有及没有

 

  当用具有50Ω电阻的测试仪对ESD二极管施加应力时,测到一个较小的负电流。这迫使二极管进入反向偏置并发生反向恢复。虽然负电流幅值与没有增加电阻的情况相比要小得多,由它引起的失效水平与没有增加电阻的情形相似。这归因于不同的应力电流波形(图2.63),它们是在增加和没有增加串联电阻的情况下,测得的通过ESD二极管的HMM电流。

  这一较大的正向电流给二极管的扩散电容充电更多。当二极管进入反向恢复时,更多载流子需要流出以得到稳定的反偏态。较多数量的自由载流子,连同反向恢复所致的碰撞离化,在二极管中产生与没有串联电阻情形时类似的电流密度。

  当对nLDMOS-SCR加应力时,这个外加的串联电阻阻止了负电压和电流。因而,它应该阻止了nLDMOS-SCR源侧的n+对p型体区结的反向恢复。然而,较小的负电压和电流仍然能被测量到。这表明,当用HMM-50测试仪施加应力时,反向恢复仍然在器件中发生。在增加和没有增加串联电阻时,测得的通过nLDMOS-SCR的HMM电流如图2.64所示。

 

  当给装置增加电阻后,有较大的电流流过器件。更多的过剩载流子储存在器件结的扩散电容中。由于正向导电时的少数载流子数量较大,类似数量的载流子被栅氧化层陷住。与测试装置上没有增加电阻时的情形类似,这导致栅氧化层退化(图2.65)。

  当用HMM-50和HMM-IEC测试仪对横向PNP和栅极接地的ggMOS施加应力时,得到类似的失效水平。PNP器件用较高导通电阻传导应力。当应力是用HMM-50施加时,这引起的反射较少。因而,在HMM脉冲衰减后,仅有较小的负电流流动。而且,反向PNP的器件行为与正向工作时相似,只是I-V曲线不同。预计,PNP能传导至少与正向传导相同的ESD应力。

  因此,IEC 61000-4-2型的HMM测试仪和50Ω的HMM测试仪是存在相关性问题的。需要解决这些问题以获得对元器件级测试结果的适当自信。一般地,考虑到反向恢复和负电流产生效应,应该使用50Ω的HMM测试系统。


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