Методы защиты от включения паразитного тиристора (защёлкивания) в КМОП технологии.
В интегральной КМОП технологии существует потенциальная опасность взаимного расположения элементов, приводящего к образованию паразитных тиристорных структур. Типовой случай такой структуры приведен на рис. 7.1.
Ток в p–n–p–n структуре протекает от истока p –канального транзистора подключенного к питанию к истоку n– канального транзистора подключенного к земле. Эквивалентная схема паразитного тиристора и его вольтамперная характеристика приведены на приведены рис. 7.2.
Рис. 7.1. Паразитная тиристорная структура в стандартной КМОП технологии
UУД – напряжение удержания
IУД – ток удержания
Uвкл – напряжение включения
UП – напряжение питания
а)
б)
Рис. 7.2. Паразитный тиристор: а – эквивалентная схема; б – ВАХ
Критерий возможности проявления тиристорного эффекта
Опасность проявления паразитного тиристорного эффекта возникает в случае, если выполняются следующие условия:
– напряжение удержания паразитного тиристора менее максимального напряжения питания
Uуд < UП.
– произведение коэффициентов усиления базового тока транзисторных p–n–p и n–p–n структур больше единицы
βpnp βnpn > 1.
Механизмы возникновения эффекта защелки
Основным механизмом, который приводит к возможности включения тиристора, является инжекция неосновных носителей в карман или в подложку. Инжекция возникает при прямом смещении p–n переходов, которое возможно в случаях:
– емкостной наводки на p–n переход или разряда/заряда емкости электрической схемы через p–n переход, а не канал открытого транзистора (особенно в моменты включения питания или при нестабильном питании (рис. 7.3));
– преднамеренного использования режима прямого смещения p–n перехода (в диодах источников опорного напряжения и т.п.);
– в случае перегрузки входных или выходных цепей, которые приводят к открыванию p–n переходов защитных структур и внутренних цепей, связанных с выводами ИМС.
В 
озникновению тиристорного эффекта способствует также генерация неосновных носителей вследствие внешнего воздействия (облучение светом, радиация).
Рис. 7.3. Паразитные емкостные элементы, способствующие возникновению тиристорной защелки при включении питания или его нестабильности
Способы защиты от включения паразитного тиристора
Тиристорного эффекта можно избежать, если не выполняются условия его возникновения, т.е.
Uуд > Uп или βpnp βnpn < 1. (7.1)
Для выполнения условий (7.1) мспользуются следующие основные приемы:
·
расположение элементов, подверженных тиристорному эффекту, на большом расстоянии друг от друга;
·
·
расположение контактов к земле и питанию на минимальном расстоянии от активных элементов;
·
·
размещение двойных n+/p+ – контактов на возможном пути протекания тока тиристора в местах подключения к земле и к источникам питания;
·
·
размещение охранных колец вокруг и между структурами, которые в совокупности могут образовать паразитный тиристор;
·
·
размещение структур, чувствительных к защелкиванию, вдали от источников, приводящих к их включению;
·
·
зеркальное расположение транзисторов p и n – типа относительно друг друга;
·
·
уменьшение токов, инжектируемых в подложку;
·
·
применение технологических процессов повышающих устойчивость к тиристорному эффекту (использование дополнительных слоев, изоляция диэлектрическими канавками и т.д.).
·
Необходимая степень защиты от тиристорного эффекта во многом определяется местом его потенциального возникновения. Различают следующие случаи:
·
схемы входа/выхода вокруг контактных площадок;
·
·
внутренние схемы, расположенные вблизи контактных площадок, и внутренние схемы, имеющие непосредственную или емкостную связь с контактной площадкой;
·
·
внутренние схемы, удаленные от контактных площадок и не имеющие с ними связей.
·