MOS管為什么會(huì)靜電擊穿詳解及MOS管擊穿原因與解決方案-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2018-12-05
（1）穿通擊穿的擊穿點(diǎn)軟，擊穿過(guò)程中，電流有逐漸增大的特征，這是因?yàn)楹谋M層擴(kuò)展較寬，發(fā)生電流較大。另一方面，耗盡層展廣大容易發(fā)生DIBL效應(yīng)，使源襯底結(jié)正偏呈現(xiàn)電流逐漸增大的特征。
（2）穿通擊穿的軟擊穿點(diǎn)發(fā)生在源漏的耗盡層相接時(shí)，此刻源端的載流子注入到耗盡層中， 被耗盡層中的電場(chǎng)加快到達(dá)漏端，因此，穿通擊穿的電流也有急劇增大點(diǎn)，這個(gè)電流的急劇增大和雪崩擊穿時(shí)電流急劇增大不同，這時(shí)的電流相當(dāng)于源襯底PN結(jié)正向?qū)〞r(shí)的電流，而雪崩擊穿時(shí)的電流主要為PN結(jié)反向擊穿時(shí)的雪崩電流，如不作限流，雪崩擊穿的電流要大。
（3）穿通擊穿一般不會(huì)呈現(xiàn)破壞性擊穿。因?yàn)榇┩〒舸﹫?chǎng)強(qiáng)沒(méi)有到達(dá)雪崩擊穿的場(chǎng)強(qiáng)，不會(huì)發(fā)生許多電子空穴對(duì)。
（4）穿通擊穿一般發(fā)生在溝道體內(nèi)，溝道外表不容易發(fā)生穿通，這主要是因?yàn)闇系雷⑷胧雇獗頋舛缺葷舛却髽?gòu)成，所以，對(duì)NMOS管一般都有防穿通注入。
（5）一般的，鳥(niǎo)嘴邊際的濃度比溝道中心濃度大，所以穿通擊穿一般發(fā)生在溝道中心。
（6）多晶柵長(zhǎng)度對(duì)穿通擊穿是有影響的，跟著柵長(zhǎng)度添加，擊穿增大。而對(duì)雪崩擊穿，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)也有影響，可是沒(méi)有那么明顯。
MOS管一個(gè)ESD敏感器件，它本身的輸入電阻很高，而柵-源極間電容又非常小，所以極易受外界電磁場(chǎng)或靜電的感應(yīng)而帶電(少量電荷就可能在極間電容上形成相當(dāng)高的電壓(想想U(xiǎn)=Q/C)將管子損壞)，又因在靜電較強(qiáng)的場(chǎng)合難于泄放電荷，容易引起靜電擊穿。靜電擊穿有兩種方式：一是電壓型，即柵極的薄氧化層發(fā)生擊穿，形成針孔，使柵極和源極間短路，或者使柵極和漏極間短路;二是功率型，即金屬化薄膜鋁條被熔斷，造成柵極開(kāi)路或者是源極開(kāi)路。JFET管和MOS管一樣，有很高的輸入電阻，只是MOS管的輸入電阻更高。
靜電放電形成的是短時(shí)大電流，放電脈沖的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于器件散熱的時(shí)間常數(shù)。因此，當(dāng)靜電放電電流通過(guò)面積很小的pn結(jié)或肖特基結(jié)時(shí)，將產(chǎn)生很大的瞬間功率密度，形成局部過(guò)熱，有可能使局部結(jié)溫達(dá)到甚至超過(guò)材料的本征溫度(如硅的熔點(diǎn)1415℃)，使結(jié)區(qū)局部或多處熔化導(dǎo)致pn結(jié)短路，器件徹底失效。這種失效的發(fā)生與否，主要取決于器件內(nèi)部區(qū)域的功率密度，功率密度越小，說(shuō)明器件越不易受到損傷。
反偏pn結(jié)比正偏pn結(jié)更容易發(fā)生熱致失效，在反偏條件下使結(jié)損壞所需要的能量只有正偏條件下的十分之一左右。這是因?yàn)榉雌珪r(shí)，大部分功率消耗在結(jié)區(qū)中心，而正偏時(shí)，則多消耗在結(jié)區(qū)外的體電阻上。對(duì)于雙極器件，通常發(fā)射結(jié)的面積比其它結(jié)的面積都小，而且結(jié)面也比其它結(jié)更靠近表面，所以常常觀察到的是發(fā)射結(jié)的退化。此外，擊穿電壓高于100V或漏電流小于1nA的pn結(jié)(如JFET的柵結(jié))，比類(lèi)似尺寸的常規(guī)pn結(jié)對(duì)靜電放電更加敏感。
所有的東西是相對(duì)的，不是絕對(duì)的，MOS管只是相對(duì)其它的器件要敏感些，ESD有一個(gè)很大的特點(diǎn)就是隨機(jī)性，并不是沒(méi)有碰到MOS管都能夠把它擊穿。另外，就算是產(chǎn)生ESD，也不一定會(huì)把管子擊穿。靜電的基本物理特征為：(1)有吸引或排斥的力量;(2)有電場(chǎng)存在，與大地有電位差;(3)會(huì)產(chǎn)生放電電流。這三種情形即ESD一般會(huì)對(duì)電子元件造成以下三種情形的影響：(1)元件吸附灰塵，改變線路間的阻抗，影響元件的功能和壽命;(2)因電場(chǎng)或電流破壞元件絕緣層和導(dǎo)體，使元件不能工作(完全破壞);(3)因瞬間的電場(chǎng)軟擊穿或電流產(chǎn)生過(guò)熱，使元件受傷，雖然仍能工作，但是壽命受損。所以ESD對(duì)MOS管的損壞可能是一，三兩種情況，并不一定每次都是第二種情況。上述這三種情況中，如果元件完全破壞，必能在生產(chǎn)及品質(zhì)測(cè)試中被察覺(jué)而排除，影響較少。如果元件輕微受損，在正常測(cè)試中不易被發(fā)現(xiàn)，在這種情形下，常會(huì)因經(jīng)過(guò)多次加工，甚至已在使用時(shí)，才被發(fā)現(xiàn)破壞，不但檢查不易，而且損失亦難以預(yù)測(cè)。靜電對(duì)電子元件產(chǎn)生的危害不亞于嚴(yán)重火災(zāi)和爆炸事故的損失。
電子元件及產(chǎn)品在什么情況下會(huì)遭受靜電破壞?可以這么說(shuō)：電子產(chǎn)品從生產(chǎn)到使用的全過(guò)程都遭受靜電破壞的威脅。從器件制造到插件裝焊、整機(jī)裝聯(lián)、包裝運(yùn)輸直至產(chǎn)品應(yīng)用，都在靜電的威脅之下。在整個(gè)電子產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，每一個(gè)階段中的每一個(gè)小步驟，靜電敏感元件都可能遭受靜電的影響或受到破壞，而實(shí)際上最主要而又容易疏忽的一點(diǎn)卻是在元件的傳送與運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，運(yùn)輸因移動(dòng)容易暴露在外界電場(chǎng)(如經(jīng)過(guò)高壓設(shè)備附近、工人移動(dòng)頻繁、車(chē)輛迅速移動(dòng)等)產(chǎn)生靜電而受到破壞，所以傳送與運(yùn)輸過(guò)程需要特別注意，以減少損失，避免無(wú)所謂的糾紛。防護(hù)的話加齊納穩(wěn)壓管保護(hù)。
現(xiàn)在的mos管沒(méi)有那么容易被擊穿，尤其是是大功率的vmos,主要是不少都有二極管保護(hù)。vmos柵極電容大，感應(yīng)不出高壓。與干燥的北方不同，南方潮濕不易產(chǎn)生靜電。還有就是現(xiàn)在大多數(shù)CMOS器件內(nèi)部已經(jīng)增加了IO口保護(hù)。但用手直接接觸CMOS器件管腳不是好習(xí)慣。至少使管腳可焊性變差。
第一、MOS管本身的輸入電阻很高，而柵-源極間電容又十分小，所以極易受外界電磁場(chǎng)或靜電的感應(yīng)而帶電，而少數(shù)電荷就可在極間電容上構(gòu)成相當(dāng)高的電壓(U=Q/C)，將管子損壞。盡管MOS輸入端有抗靜電的維護(hù)措施，但仍需當(dāng)心對(duì)待，在存儲(chǔ)和運(yùn)送中最好用金屬容器或許導(dǎo)電資料包裝，不要放在易發(fā)生靜電高壓的化工資料或化纖織物中。
拼裝、調(diào)試時(shí)，東西、外表、工作臺(tái)等均應(yīng)杰出接地。要避免操作人員的靜電攪擾構(gòu)成的損壞，如不宜穿尼龍、化纖衣服，手或東西在觸摸集成塊前最好先接一下地。對(duì)器材引線矯直曲折或人工焊接時(shí)，運(yùn)用的設(shè)備有必要杰出接地。
第二、MOS電路輸入端的維護(hù)二極管，其導(dǎo)通時(shí)電流容限一般為1mA 在可能呈現(xiàn)過(guò)大瞬態(tài)輸入電流(超越10mA)時(shí)，應(yīng)串接輸入維護(hù)電阻。而129#在初期設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有參加維護(hù)電阻，所以這也是MOS管可能擊穿的原因，而經(jīng)過(guò)替換一個(gè)內(nèi)部有維護(hù)電阻的MOS管應(yīng)可避免此種失效的發(fā)生。還有因?yàn)榫S護(hù)電路吸收的瞬間能量有限，太大的瞬間信號(hào)和過(guò)高的靜電電壓將使維護(hù)電路失去效果。所以焊接時(shí)電烙鐵有必要可靠接地，以防漏電擊穿器材輸入端，一般運(yùn)用時(shí)，可斷電后使用電烙鐵的余熱進(jìn)行焊接，并先焊其接地管腳。
MOS是電壓驅(qū)動(dòng)元件，對(duì)電壓很敏感，懸空的G很容易接受外部攪擾使MOS導(dǎo)通，外部攪擾信號(hào)對(duì)G-S結(jié)電容充電，這個(gè)細(xì)小的電荷能夠貯存很長(zhǎng)時(shí)刻。在實(shí)驗(yàn)中G懸空很風(fēng)險(xiǎn)，許多就因?yàn)檫@樣爆管，G接個(gè)下拉電阻對(duì)地，旁路攪擾信號(hào)就不會(huì)直通了，一般能夠10~20K。
這個(gè)電阻稱(chēng)為柵極電阻。效果1：為場(chǎng)效應(yīng)管供給偏置電壓;效果2：起到瀉放電阻的效果(維護(hù)柵極G~源極S)。榜首個(gè)效果好了解，這兒解釋一下第二個(gè)效果的原理：維護(hù)柵極G~源極S：場(chǎng)效應(yīng)管的G-S極間的電阻值是很大的，這樣只要有少數(shù)的靜電就能使他的G-S極間的等效電容兩頭發(fā)生很高的電壓，如果不及時(shí)把這些少數(shù)的靜電瀉放掉，他兩頭的高壓就有可能使場(chǎng)效應(yīng)管發(fā)生誤動(dòng)作，甚至有可能擊穿其G-S極;這時(shí)柵極與源極之間加的電阻就能把上述的靜電瀉放掉，然后起到了維護(hù)場(chǎng)效應(yīng)管的效果。
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