闩锁效应-(1)

什么是闩锁效应如图所示，闩锁效应是由NMOS的有源区、P衬底、N阱、PMOS的有源区构成的n-p-n-p结构产生的，当其中一个三极管正偏时，就会构成正反馈形成闩锁。闩锁效应产生的原理Q1为一垂直式PNPBJT,基极(base)是nwell（阱）,基极到集电极(collector)的增益可达数百倍；Q2是一侧面式的NPNBJT，基极为Psubstrate（衬底），到集电极的增益可达数十倍；Rwell是nwell的寄生电阻；Rsub是Psubstrate电阻。以上四元件构成可控硅（SCR）电路，当无外界干扰未引起触发时，两个BJT处于截止状态，集电极电流是C-B的反向漏电流构成，电流增益非常小，此时闩锁效应不会产生。当其中一个BJT的集电极电流受外部干扰突然增加到一定值时，会反馈至另一个BJT，从而使两个BJT因触发而导通，VDD至GND（VSS）间形成低抗通路。之后就算外界干扰消失，由于两三极管之间形成正反馈，还是会有电源和地之间的漏电，即锁定状态。闩锁效应由此而产生。发生闩锁效应的条件CMOS电路要发生闩锁效应需满足下面4个条件：（1）.电路能够进行开关转换，相关的PNPN结构回路增益必须大于1；（2）寄生双极晶体管的发射极－基极处于正向偏置。最初仅一个晶体管处于正偏，当电流注入后，引起另一个晶体管的发射极－基极处于正向偏置；（3）电流的电源能够提供足够高的电压，其数值大于或等于维持电压；（4）触发源能保持足够长的时间，使器件进入闩锁状态。CMOS电路闩锁效应的触发方式1.输入节点的上冲/下冲；2.输出节点的上冲/下冲；3.N阱的雪崩击穿；4.从N阱到外部N形扩散区的穿通；5.衬底到内部P扩散区的穿通；6.寄生场区器件(寄生场效应管由N阱和离N阱很近的N＋扩散区的场区形成)的穿通；7.光电流－辐射；8.源－漏结雪崩击穿；9.位移电流。闩锁效应的危害进入低阻状态后，若外电路不能限制器件中电流的大小，可能有过量的电流流过电路，引起器件局部过热，发生金属化熔化或烧断，致使P－N结漏电流增加或短路，造成电路失效。防止闩锁效应的措施总的来说防止措施为下面几个(1）减小电流放大系数(2）增加扩散区的间距(3）增加阱的深度(4)采用保护环结构(5)减小寄生电阻(6)采用外延衬底工艺技术措施A.减小材料的少数载流子寿命如采用金扩散，B.建立基区的减速场建立基区减速场的一个方法是在P阱下面加一个P＋埋层，自建电场和脉冲外扩散减速场，可使纵向PNPN的电流增益减小了两个数量级。C.采用肖特基势垒源－漏极它与扩散源－漏极相比，它的发射极注入效率要小得多。设计方面的措施1。采用保护结构保护结构有：少数载流子保护结构和多数载流子保护结构。少数载流子保护结构（通常称为保护环〕是用来提前收集会引起闩锁的注入的少数载流子。它可以是受反向偏置的源－漏极扩散区或是另加的阱扩散区。测量表明，注入P衬底的电子，只有百分之几能从包围寄生发射极的N阱保护环中逃逸。而用P＋外延衬底P－制造的同样结构，N阱保护环中逃逸的机率就降到百万分之几。2。多条阱接触3。衬底接触环4。紧邻源极接触Theend