功率快恢复二极管反偏ESD与雪崩耐量仿真

静电放电(ESD)失效与雪崩耐量是影响高压硅功率二极管,如功率快恢复二极管(FRD)性能及可靠性的两个主要因素.利用ISE TCAD平台,采用简明分段线性电流源,分别对功率FRD反偏ESD过程及雪崩耐量进行仿真计算,讨论二者的共性和差异.结果表明,器件外端电压波形均经历过冲、负阻振荡和平缓发展三个阶段,对应器件内部的“过耗尽”、雪崩注入、载流子及电场分布涨落等复杂变化,差别在于反偏ESD造成的电压过冲更明显,且出现典型的U型电场分布,与雪崩耐量相比对器件造成的影响更剧烈.为改善器件在反偏ESD和雪崩耐量测试过程中的电流丝化问题,考察了结构参数对器件抗ESD能力和雪崩耐量的影响,发现提高n-区掺杂浓度和阳极表面浓度对提高抗ESD能力和雪崩耐量起到促进作用.     

基于GGNMOS的ESD建模与仿真技术研究

随着微电子加工工艺技术的发展,集成电路对静电越来越敏感。设计合理有效的静电放电(ESD)保护器件显得日趋重要。传统的"手动计算+流片验证"的设计方法费时耗力。该文基于栅极接地的NMOS(GGNMOS)器件,以Sentaurus为仿真平台,建立器件模型,根据ESD防护能力的需求,计算出GGNMOS的设计参数,设计出防护指标达到人体模型(HBM)4.5kV的管子。结果表明,该方法简单有效,能缩短设计周期,是防护器件设计的一种优秀方法。     

双界面智能卡芯片模拟前端ESD设计

双界面智能卡芯片静电放电(ESD)可靠性的关键是模拟前端(AFE)模块的ESD可靠性设计,如果按照代工厂发布的ESD设计规则设计,AFE模块的版图面积将非常大.针对双界面智能卡芯片AFE电路结构特点和失效机理,设计了一系列ESD测试结构.通过对这些结构的流片和测试分析,研究了器件设计参数和电路设计结构对双界面智能卡芯片ESD性能的影响.定制了适用于双界面智能卡芯片AFE模块设计的ESD设计规则,实现对ESD器件和AFE内核电路敏感结构的面积优化,最终成功缩小了AFE版图面积,降低了芯片加工成本,并且芯片通过了8 000 V人体模型(HBM) ESD测试.     

功率肖特基二极管反向EOS量化检测及改善

由于抗反向过压或过流冲击能力不足而导致的功率肖特基势垒二极管(SBD)的潜在失效,会影响电路的可靠性,也是器件制造中最难解决的问题.根据SBD特点和应用要求,给出了静电放电(ESD)、反向浪涌电流冲击、单脉冲雪崩能量三种抗反向过电应力(EOS)能力的量化检测方法.针对三种检测方法的特点,明确了失效机理,并从工艺参数、器件结构等方面给出了解决办法.以2 A 100 V SBD芯片为例,通过器件仿真、流片验证,给出了通过p+保护环结深、p+结浓度、外延层厚度、保护环面积等工艺和结构参数改善ESD、反向浪涌电流冲击、单脉冲雪崩能量的方法.提出了一种p+-p-保护环的结构,可提高功率SBD的抗反向瞬态冲击特性.     

一种新型低阳极发射效率快恢复二极管

采用局域注入p型离子和高温推结的方式得到高掺杂p+区和低掺杂p-区规律性的浓度梯度变化,研制了新型低阳极发射效率二极管.与常规结构二极管相比,此结构在工艺实现时,制造工艺条件、掩模版数量保持不变,只需设计高掺杂p+区和低掺杂p-区层次掩模版图案,即可实现发射极注入效率的自调节,制造成本低;其反向恢复电荷减小了30.4％,反向电流峰值减小了29％,反向电压峰值减小了6.7％,反向恢复时间减小了11％,开关器件的工作损耗降低,折衷性能更加优良;在VF基本相当的情况下,反向恢复软度特性更优.     

基于人体起电实验外推超低电压研究

随着电子工业技术的飞速发展,电子产品静电放电(electrostatic discharge,ESD)敏感度电压已经低于人体模型(human body model,HBM)电压50 V,然而现有防静电工作区(electrostatic discharge protected area,EPA)配置要求标准只是针对于ES...     

局域铂掺杂寿命控制快恢复二极管的研究

利用质子辐照感生的局域高浓度空位缺陷对样品表面层预生成的铂硅合金中的铂原子进行汲取,形成与感生缺陷分布相似的局域铂分布,首次实现了具有局域铂掺杂的快恢复二极管中的局域寿命控制技术.报告了改变质子注入剂量对二极管反向恢复时间和反向漏电流等参数的影响.结果表明,当辐照剂量较低时,随着辐照剂量的增加,电活性铂浓度不断提高,器件性能不断优化.而辐照剂量增加到一定程度,有效区电活性铂杂质的浓度会趋向饱和,二极管反向恢复时间基本上不再继续减小.     

MPS快恢复二极管正向压降的研究

介绍了混合pin/肖特基(MPS)二极管快恢复二极管的工作原理,基于人们对与主功率开关器件并联起箝位或缓冲作用的快速二极管提出的高要求即在具有超快和超软恢复特性的同时又兼具有低的正向导通损耗,以减少芯片的发热损耗。采用Silvaco仿真软件对MPS结构的两款较快恢复二极管的正向特性进行了研究并实际制作了器件,发现正向压降与衬底掺杂浓度及载流子迁移率关系极大。分析了正向压降的温度特性,结果表明固定掺杂浓度的FRD器件,由于晶格散射对载流子迁移率起主导作用,正向压降呈正温度系数特性;而对于FRED器件,由于杂质散射起主导作用,正向压降呈负温度系数特性。     

基于状态方程法的不同ESD电路对比分析

针对IEC 61000-4-2中规定的典型静电放电(electrostatic discharge, ESD)电流波形存在拟合多样性且不易通过具体电路实现这一问题, 采用求解电路状态方程组的方法对四种ESD模拟器电路进行了计算.得到了四种指数形式的ESD电流解析表达式, 绘制了相应的电流曲线, 分别讨论了四种ESD模拟器电路产生的ESD电流波形解析式的连续性和可导性, 并对不同电路产生的ESD电流波形与IEC 61000-4-2标准规定电流波形之间的差异进行了对比分析.结果表明不同ESD电路产生的电流波形的四个主要指标符合IEC 61000-4-2标准规定, 但由于电路的拓扑结构和元件参数不同, 求得的电流波形解析式的连续性和可导性存在差异, 因此在选择ESD模型时, 应根据实际的人体参数和放电枪参数确定合适的电路结构.该计算方法适用于求解集总参数电路, 为ESD电磁脉冲辐射场仿真计算提供了新的电流解析式.     

ESD与短脉冲EOS失效的微观形态分析及验证

静电放电(ESD)和过电应力(EOS)是引起芯片现场失效的最主要原因,这两种相似的失效模式使得对它们的失效机理的判断十分困难,尤其是短EOS脉冲作用时间只有几毫秒,造成的损坏与ESD损坏很相似。因此,借助扫描电子显微镜(SEM)和聚焦离子束(FIB)等成像仪器以及芯片去层处理技术分析这两种失效机理的差别非常重要。通过实例分析这两种失效的机理及微观差别,从理论角度解释ESD和EOS的失效机理,分析这两种失效在发生背景、失效位置、损坏深度和失效路径方面的差异,同时对这两种失效进行模拟验证。这种通过失效微观形态进行研究的方法,可以实现失效机理的甄别,对于提高ESD防护等级和EOS防护能力有着重要的参考作用。     

基于工业数据挖掘的ESD软失效分析

针对电子产品出货后出现ESD软失效而导致的退货现象,文章通过机器学习算法分析产品ICT电性能测试参数、生产线ESD防护监控数据和产品ESD软失效的相关性。集成算法模型经过优化,分类准确率达到0.88,可以用于量产电子产品的ESD软失效的识别和出货风险管控。同时,利用ESD防护监控点风险指数数据集可以提高产品ESD软失效的识别准确率（8.6%）。安装部署基于物联网技术的静电放电防护监控系统,对管控电子产品生产过程中的ESD软失效风险以及控制出货风险是很有帮助的,可以提高电子制造业防静电管控的智慧化水平。     

ESD保护电路在HDMI板级信号完整性中的影响分析及其布局优化研究

为了解决HDMI接入ESD保护电路后信号完整性受破坏等问题,从器件的空间布局对HDMI信号完整性影响进行研究分析,同时考虑了瞬态电压抑制（TVS）高频寄生参数的影响,搭建了ESD放电模型和TVS高频等效电路模型,并对其可靠性进行了验证。从差分器件接入信号线旋转角度和彼此间错开距离研究其对信号完整性的影响,设计了25套不同夹角和4套不同错开距离的板级模型,在不同特性的传输频率下进行S参数仿真,并从中选取出垂直型、水平型、错开型三种具有代表性的空间布局模型,利用有限元仿真得到差分信号线的S参数和眼图。仿真结果表明,垂直型排布相比于其他两种典型空间布局,回波损耗平均降低了248.1%,插入损耗平均降低了20.6%,眼图的眼宽和眼高在三种空间布局中最大。研究成果为PCB静电放电保护电路分析与设计提供了布局优化指导。