《CMOS集成电路闩锁效应》第四章课件.pptx

《CMOS集成电路闩锁效应》第四章主要探讨了在CMOS集成电路中，由于各种原因引起的闩锁（Latch-up）现象，这是一种可能导致电路功能失效甚至损坏的严重问题。闩锁效应通常由以下几种触发方式产生： 1. 输出引脚信号的上冲和下冲：当输出引脚的电压在短时间内急剧上升或下降时，可能使得内部的PN结正偏，从而导致电流注入，进而触发PNP和NPN晶体管导通，形成闩锁。 2. 输入引脚信号的上冲和下冲：类似地，输入引脚的电压变化也可能触发类似的电流注入过程，通过ESD保护二极管（如N-diode和P-diode）将电流注入衬底，导致闩锁。 3. NW和PW衬底的PN结雪崩击穿：当电源管脚出现浪涌信号，可能会导致NW和PW之间的PN结发生雪崩击穿，产生大电流，进一步引发闩锁。 4. 穿通现象：从NW到外部N+有源区以及从Psub到内部P+有源区的穿通，也会引起电流流动，可能导致晶体管导通并形成闩锁。 5. 寄生场区器件：集成电路中的寄生元件，如寄生PNP和NPN晶体管，当受到不当激励时，可能意外导通，参与形成闩锁路径。 6. 光生电流和热载流子注入：光照或高温环境下，光生载流子或热载流子的产生也可能触发闩锁效应。 7. 漏极雪崩击穿：在高电压条件下，NMOS或PMOS的漏极可能发生雪崩击穿，将载流子注入衬底，进一步导致闩锁。 在讲解中，提到了两种典型的触发机制：NW衬底电流触发和PW衬底电流触发。这两种机制中，电流分别由电子和空穴触发，导致衬底电流In和Ip的形成，使得内部的PNP和NPN对导通，形成闭合的电流环路，即闩锁状态。此外，还有一种情况是NW和PW衬底电流同时触发，这种情况下的闩锁效应更为严重。 为了防止闩锁效应，集成电路设计中通常会包含ESD（静电放电）保护电路，如ESD二极管，它们会在异常电压事件发生时提供一个安全的泄放路径，以保护电路不受损害。输出和输入引脚的电路结构包括ESD保护二极管和缓冲器，它们有助于限制瞬态电压对衬底的影响。 理解并控制CMOS集成电路的闩锁效应对于保证芯片的稳定性和可靠性至关重要。设计者需要考虑各种可能的触发因素，并通过优化电路设计、增加保护措施来避免或减轻闩锁现象。