Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Возникновение явлений неконтролируемого электростатического разряда (ЭСР) является одной из основных причин повреждений, возникающих в незащищенных электронных компонентах во время их изготовления и при последующей эксплуатации [1]. Электростатический разряд может приводить к возникновению необратимых физических процессов, приводящих к повреждению полупроводниковых приборов. К таким деградационным процессам относятся: пробой подзатворного диэлектрика, разрушение p-n переходов, расплавление металлизации и др. Деградационные процессы, возникающие при воздействии ЭСР в основном связаны с выделением значительной электрической энергии за относительно короткий интервал времени, что приводит к возникновению электрического пробоя, часто переходящего в тепловой в диэлектрических пленках и элементах полупроводниковых приборов. Необратимые физические процессы, протекающие при воздействии ЭСР во многом идентичны процессам, наблюдающимся при воздействии сильных электрических полей [2–4]. Однако физические процессы, протекающие при ЭСР во многом определяются свойствами диэлектрических пленок и других материалов приборов, их неоднородностью, дефектностью и т. д. Следовательно, исследование физических явлений, протекающих при ЭСР, позволяет прогнозировать надежность приборов и разрабатывать пути повышения их стойкости к ЭСР.
Для характеризации стойкости полупроводниковых приборов к воздействию ЭСР и изучению возникающих при этом необратимых физических процессов на современных предприятия часто применяется метод импульсного разряда от длинной линии (transmission line pulse – TLP) [2, 5]. Установка для испытаний по данному методу (рис. 1) состоит из кабельной линии, которая заряжается до определённого напряжения, а затем разряжается в испытуемый компонент (device under test – DUT). Форма тока разрядного импульса получается близкой к прямоугольной. Длительность импульса зависит от длины кабеля L, и обычно выбирается равной 100 нс. Измерив напряжение и ток через компонент на плато импульса можно получить вольт-амперные характеристики (ВАХ) защитного компонента и тем самым охарактеризовать физические процессы в защитном элементе, соответствующие области больших токов. Испытания по методике TLP можно совместить с исследованиями вольт-фарадных характеристик и обнаружить зарядовые дефекты, индуцированные разрядным импульсом.
Но в отличие от модели тела человека (human body model – HBM) или модели заряженного компонента (charged device model – CDM) [6] испытания по методике TLP не имитируют какой-либо реальный источник ЭСР. Поэтому возникает вопрос о соответствии предельного разрядного тока через полупроводниковый прибор, найденного согласно методике TLP, и разрушающего напряжения разряда по модели HBM. Импульс тока разряда HBM имеет экспоненциальную форму, а импульс тока TLP – прямоугольную, и необходима методика пересчёта аналогично методике [7] для ЭСР по модели HBM, MM и CDM.
Для защиты современных ИМС от ЭСР часто используется полевые транзисторы с заземлённым затвором [8, 9], имеющий ВАХ тиристорного типа (рис. 2). Защитное действие данного компонента связано с защёлкиванием в паразитном биполярном транзисторе, образованном областями канала, стока и истока.
При достижении порогового напряжения Vt1 активируется тиристорный эффект, и напряжение на транзисторе скачком уменьшается до Vh. Если ток через защитный элемент превышает величину It2, то происходит необратимый тепловой пробой. Найдем, какой разрушающий ток TLP соответствует напряжению разряда по модели HBM. Энергия импульса равна
Напряжение на компоненте с ВАХ тиристорного типа с напряжением удержания Vh и дифференциальным сопротивлением в открытом состоянии Ron равно
Для экспоненциального импульса тока разряда по модели HBM при параметрах разрядной цепи согласно стандарту [10] (Сhbm = 100 пФ; Rhbm = 1,5 кОм).
Предполагая
(1)
получаем для прямоугольного TLP импульса длительностью t и амплитудой тока Itlp
(2)
Испытания по методике TLP и HBM эквивалентны, если энергии импульсов равны. Систему уравнений (1), (2) можно решить численно для типичных значений Vh = 0...50 B и Ron = 1...20 Ом и найти отношение Vhbm/Itlp. Данная зависимость показана на рис. 3.
Таким образом, численное решение системы уравнений (1) и (2) дает отношение Vhbm/Itlp = 1,0...1,73. Зная данное соотношение можно пересчитать разрушающий ток TLP-импульса, найденный в результате испытаний, в разрушающее напряжение разрядного импульса по модели HBM, которое может быть использовано в инженерных расчетах. Тем самым можно оценить стойкость защитного элемента к воздействию электростатического разряда по модели HBM, имея в распоряжении только данные TLP-испытаний.
