Моп–транзистор с заземленным затвором (mgg)
МОП – транзистор с заземленным затвором применяется как для защиты входов и выходов, так и в качестве элемента защиты между землей и питанием (рис. 6.9.) Типовая ширина канала транзистора составляет несколько сотен мкм. Преимуществом данной схемы является ее простота и относительно малый размер.
Рис. 6.9. Элементарная схема защиты шин земли и питания
Моп–транзистор с полевым окислом в качестве подзатворного диэлектрика (tfo)
Пороговое напряжение МОП– транзистора с полевым окислом в качестве подзатворнрго диэлектрика колеблется в пределах 20 – 60 В. Основной механизм подавления воздействия ЭС в этой структуре – включение паразитного биполярного транзистора. При этом происходит лавинный пробой стоковой области. Достоинством элемента является низкий импеданс цепи протекания тока пробоя. Недостаток – высокое напряжение включения. Элемент защиты на основе TFO–транзистора приведен на рис. 6.10.
Рис. 6.10. Схема защиты на основе TFO–транзистора: а – электрическая схема; б – структура элемента защиты
Элемент защиты на основе цепочки диодов
В ряде случаев для защиты входов и выходов ИС, а так же в качестве элемента защиты между питанием и землей, используется цепочка диодов (рис. 6.11). Каждый диод цепочки фактически представляет собой биполярный транзистор, который отводит часть протекающего тока на землю подложки. Количество диодов определяется максимальной разницей напряжений между шинами земли и питания, уровнем шума во время работы схемы и максимальной рабочей температурой микросхемы.
Рис. 6.11. Схема защиты шин земли и питания на основе цепочки диодов
Динамический элемент защиты входов/выходов ис
Динамический элемент защиты от воздействия СЭ изображен на рис. 6.12. При воздействии СЭ импульс проходит через емкость C, открывая транзистор M.
Рис. 6.12. Динамическая схема защиты входов/выходов ИС
Динамический элемент защиты шин земли и питания
Динамический элемент защиты состоит из резистора, конденсатора, инвертора (М1,М2) и n – канального транзистора (М3) (рис. 6.13). При подаче положительного воздействия СЭ инвертор открывает транзистор М3. Ток отрицательного воздействия СЭ протекает через диод транзистора М3.
Рис. 6.13. Динамическая схема защиты шин земли и питания
Рекомендации к исполнению конструкции и топологии элементов защиты
При протекании больших токов электростатического разряда через контакты между металлом контактной площадки и диффузией температура контакта может достичь критического уровня, после которого существенное количество алюминия начинает диффундировать в кремний. При дальнейшем повышении температуры алюминий и кремний сплавляются, образуя хорошо проводящий твердый раствор алюминия и кремния. Если температура будет повышаться, сплав быстро пересечет p–n–переход, образуя цепь короткого замыкания на подложку.
Для уменьшения вероятности прокола переходов, вызванных воздействием СЭ, используется несколько способов увеличения интервалов между краями контактов к диффузионной области; увеличение площади контактов для уменьшения плотности токов; круглые контакты для избежания неравномерного распределения токов; глубокие диффузионные области (кармана) под контактами. Контакты, спроектированные по перечисленным правилам называются «горячими контактами».
Металлические шины являются одним из основных узлов элементов защиты от воздействия СЭ. На безотказность алюминиевых шин влияют плотность протекающего тока и продолжительность приложенного импульса напряжения. При превышении температурой допустимого значения шина начинает разрушаться. Чтобы этого избежать, необходимо тщательно рассчитать ширину металлических шин. При этом нужно учитывать, что толщина металлического слоя уменьшается на ступеньках, а развороты шин под прямым углом приводят к повышенным плотностям токов в этих местах.
В цепях защиты предпочтительнее использовать диффузионные резисторы, чем поликремневые. Поликремневые резисторы более восприимчивы к тепловым перегрузкам во время протекания избыточного тока. С другой стороны, диффузионный резистор может быть интегрирован с диодом в одну распределенную структуру, что уменьшает вероятность возникновения тепловой перегрузки. При построении резистора следует избегать углов и поворотов на 90º в целях обеспечения равномерного растекания избыточного тока.Не рекомендуется использование в цепях защиты элементов с тонким окислом.