MOS管为什么会被(bei)静电击穿及解决方案(an) gs电阻可保(bao)护MOS吗(ma)-KIA MOS管
信息来源：本站 日期：2020-01-06
本文主要(yao)讲(jiang)MOS管(guan)为什么(me)会被静(jing)电击穿？静(jing)电击穿是指击穿MOS管(guan)G极的那层绝(jue)缘层吗？击穿就一定短路了吗？JFET管(guan)静(jing)电击穿又是怎么(me)回事(shi)？
MOS管(guan)(guan)一个ESD敏感器件，它本身的(de)(de)(de)输入(ru)电(dian)(dian)阻很高(gao)(gao)，而栅-源极(ji)(ji)间(jian)电(dian)(dian)容又非常小，所以极(ji)(ji)易受外界电(dian)(dian)磁场(chang)或(huo)(huo)静(jing)电(dian)(dian)的(de)(de)(de)感应而带电(dian)(dian)（少量电(dian)(dian)荷就可能在极(ji)(ji)间(jian)电(dian)(dian)容上形成相当高(gao)(gao)的(de)(de)(de)电(dian)(dian)压（想想U=Q/C）将管(guan)(guan)子损坏(huai)），又因(yin)在静(jing)电(dian)(dian)较强的(de)(de)(de)场(chang)合(he)难(nan)于泄(xie)放电(dian)(dian)荷，容易引起静(jing)电(dian)(dian)击(ji)(ji)穿。静(jing)电(dian)(dian)击(ji)(ji)穿有两种方式：一是(shi)电(dian)(dian)压型(xing)，即栅极(ji)(ji)的(de)(de)(de)薄(bo)氧化层发生(sheng)击(ji)(ji)穿，形成针孔，使栅极(ji)(ji)和源极(ji)(ji)间(jian)短路，或(huo)(huo)者使栅极(ji)(ji)和漏极(ji)(ji)间(jian)短路；二是(shi)功率型(xing)，即金属化薄(bo)膜铝条被熔断(duan)，造成栅极(ji)(ji)开路或(huo)(huo)者是(shi)源极(ji)(ji)开路。JFET管(guan)(guan)和MOS管(guan)(guan)一样，有很高(gao)(gao)的(de)(de)(de)输入(ru)电(dian)(dian)阻，只是(shi)MOS管(guan)(guan)的(de)(de)(de)输入(ru)电(dian)(dian)阻更(geng)高(gao)(gao)。
静电(dian)放(fang)(fang)电(dian)形(xing)成的(de)是短时大电(dian)流，放(fang)(fang)电(dian)脉冲的(de)时间常(chang)数远小(xiao)于(yu)器(qi)件(jian)散热的(de)时间常(chang)数。因此，当静电(dian)放(fang)(fang)电(dian)电(dian)流通过面积很(hen)(hen)小(xiao)的(de)pn结(jie)或肖特基(ji)结(jie)时，将产生很(hen)(hen)大的(de)瞬间功率(lv)密度，形(xing)成局(ju)(ju)部(bu)过热，有可(ke)能(neng)使局(ju)(ju)部(bu)结(jie)温达(da)到甚至超过材料(liao)的(de)本征温度(如硅(gui)的(de)熔点1415℃)，使结(jie)区(qu)局(ju)(ju)部(bu)或多(duo)处熔化导致pn结(jie)短路，器(qi)件(jian)彻底失效。这种失效的(de)发(fa)生与(yu)否(fou)，主(zhu)要取决于(yu)器(qi)件(jian)内部(bu)区(qu)域的(de)功率(lv)密度，功率(lv)密度越小(xiao)，说明(ming)器(qi)件(jian)越不(bu)易受到损伤。
（1）有吸引或排斥的力量；
（2）有电场存在，与大地有电位差；
（3）会产生放电(dian)电(dian)流。
这(zhei)三(san)种情(qing)形(xing)即(ji)ESD一般会对(dui)电子(zi)元(yuan)件(jian)造成以下(xia)三(san)种情(qing)形(xing)的影响：
（1）元(yuan)件(jian)吸附灰尘(chen)，改变线(xian)路间的(de)阻抗，影(ying)响(xiang)元(yuan)件(jian)的(de)功能和(he)寿(shou)命；
（2）因电场或电流破坏元件(jian)绝缘(yuan)层和导体，使(shi)元件(jian)不能工作(zuo)（完全(quan)破坏）；
（3）因瞬(shun)间的(de)(de)电场软击(ji)穿或电流(liu)产(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)过(guo)热，使元件(jian)(jian)受伤，虽然仍能工(gong)作，但(dan)是(shi)寿命受损(sun)(sun)。所(suo)以ESD对MOS管的(de)(de)损(sun)(sun)坏(huai)(huai)可(ke)能是(shi)一，三(san)(san)两种(zhong)(zhong)情(qing)况(kuang)，并(bing)不(bu)一定每次都是(shi)第二(er)种(zhong)(zhong)情(qing)况(kuang)。 上(shang)述这三(san)(san)种(zhong)(zhong)情(qing)况(kuang)中，如(ru)果元件(jian)(jian)完全(quan)破(po)(po)坏(huai)(huai)，必能在(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)产(chan)及品(pin)质测试中被(bei)(bei)察(cha)觉而排除，影响较少。如(ru)果元件(jian)(jian)轻(qing)微受损(sun)(sun)，在(zai)正常(chang)测试中不(bu)易(yi)被(bei)(bei)发现，在(zai)这种(zhong)(zhong)情(qing)形下，常(chang)会因经过(guo)多次加工(gong)，甚至已在(zai)使用时，才被(bei)(bei)发现破(po)(po)坏(huai)(huai)，不(bu)但(dan)检查不(bu)易(yi)，而且(qie)损(sun)(sun)失亦难以预(yu)测。静电对电子元件(jian)(jian)产(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)危(wei)害不(bu)亚于(yu)严重火灾(zai)和爆炸(zha)事故的(de)(de)损(sun)(sun)失。
电(dian)(dian)子(zi)元(yuan)件(jian)及产品在(zai)(zai)什(shen)么情况下会(hui)遭(zao)受静(jing)(jing)电(dian)(dian)破(po)坏？可以(yi)这么说：电(dian)(dian)子(zi)产品从生(sheng)产到使用的全过(guo)程(cheng)(cheng)都(dou)遭(zao)受静(jing)(jing)电(dian)(dian)破(po)坏的威胁。从器件(jian)制造(zao)到插件(jian)装焊、整(zheng)机装联(lian)、包装运输(shu)(shu)直至(zhi)产品应用，都(dou)在(zai)(zai)静(jing)(jing)电(dian)(dian)的威胁之下。在(zai)(zai)整(zheng)个(ge)电(dian)(dian)子(zi)产品生(sheng)产过(guo)程(cheng)(cheng)中，每(mei)一个(ge)阶段中的每(mei)一个(ge)小步(bu)骤，静(jing)(jing)电(dian)(dian)敏感元(yuan)件(jian)都(dou)可能(neng)遭(zao)受静(jing)(jing)电(dian)(dian)的影响或受到破(po)坏，而(er)实际上最(zui)主要而(er)又容易(yi)疏(shu)忽(hu)的一点(dian)却(que)是(shi)在(zai)(zai)元(yuan)件(jian)的传(chuan)送(song)与运输(shu)(shu)的过(guo)程(cheng)(cheng)。在(zai)(zai)这个(ge)过(guo)程(cheng)(cheng)中，运输(shu)(shu)因移(yi)动(dong)容易(yi)暴露在(zai)(zai)外界(jie)电(dian)(dian)场（如经过(guo)高压设(she)备附近、工(gong)人移(yi)动(dong)频繁、车辆迅速(su)移(yi)动(dong)等）产生(sheng)静(jing)(jing)电(dian)(dian)而(er)受到破(po)坏，所以(yi)传(chuan)送(song)与运输(shu)(shu)过(guo)程(cheng)(cheng)需要特别注意，以(yi)减少损失，避免(mian)无(wu)所谓的纠纷。防护(hu)的话加齐纳稳压管(guan)保(bao)护(hu)。
现(xian)在(zai)(zai)的mos管(guan)(guan)没有(you)那么(me)容(rong)易(yi)被(bei)击穿(chuan)，尤其是(shi)(shi)是(shi)(shi)大功率的vmos,主(zhu)要(yao)是(shi)(shi)不少(shao)都有(you)二(er)极管(guan)(guan)保护(hu)。vmos栅(zha)极电容(rong)大，感应不出高压。与干(gan)燥的北(bei)方不同，南方潮湿不易(yi)产生静电。还有(you)就是(shi)(shi)现(xian)在(zai)(zai)大多数CMOS器件内部已(yi)经增加了IO口保护(hu)。但用(yong)手直(zhi)接(jie)接(jie)触CMOS器件管(guan)(guan)脚(jiao)不是(shi)(shi)好(hao)习惯。至少(shao)使管(guan)(guan)脚(jiao)可焊性变差。
（一）
MOS管本身的(de)(de)(de)(de)输入(ru)电阻很高(gao)(gao)，而(er)栅源极间电容(rong)(rong)又非常小(xiao)，所以极易受(shou)外界电磁场或静电的(de)(de)(de)(de)感应而(er)带电，而(er)少量电荷就(jiu)可在极间电容(rong)(rong)上形成相(xiang)当高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)电压(ya)（U=Q/C），将管子损坏。虽然(ran)MOS输入(ru)端有抗静电的(de)(de)(de)(de)保护措(cuo)施(shi)，但(dan)仍需(xu)小(xiao)心对待，在存(cun)储和(he)运输中最好(hao)用金属容(rong)(rong)器(qi)或者导(dao)电材料包装，不(bu)要放在易产生静电高(gao)(gao)压(ya)的(de)(de)(de)(de)化工(gong)(gong)材料或化纤织物中。组装、调试时，工(gong)(gong)具、仪(yi)表(biao)、工(gong)(gong)作(zuo)台(tai)等均(jun)应良好(hao)接地(di)。要防止操作(zuo)人员的(de)(de)(de)(de)静电干扰造成的(de)(de)(de)(de)损坏，如不(bu)宜(yi)穿尼龙(long)、化纤衣(yi)服，手(shou)或工(gong)(gong)具在接触集成块前最好(hao)先接一(yi)下地(di)。对器(qi)件(jian)引线矫直(zhi)弯曲(qu)或人工(gong)(gong)焊接时，使用的(de)(de)(de)(de)设备(bei)必须良好(hao)接地(di)。
（二）
MOS电(dian)路(lu)(lu)输入(ru)端(duan)的(de)(de)保(bao)护(hu)二极管，其导通时(shi)电(dian)流(liu)容限(xian)一(yi)般为1mA，在可能(neng)出现过大瞬(shun)态输入(ru)电(dian)流(liu)（超过10mA）时(shi)，应串接输入(ru)保(bao)护(hu)电(dian)阻(zu)。因此应用(yong)时(shi)可选(xuan)择(ze)一(yi)个内部(bu)有(you)(you)保(bao)护(hu)电(dian)阻(zu)的(de)(de)MOS管应。还有(you)(you)由于保(bao)护(hu)电(dian)路(lu)(lu)吸收的(de)(de)瞬(shun)间(jian)能(neng)量有(you)(you)限(xian)，太大的(de)(de)瞬(shun)间(jian)信号和(he)过高的(de)(de)静电(dian)电(dian)压将使保(bao)护(hu)电(dian)路(lu)(lu)失去作用(yong)。所以焊接时(shi)电(dian)烙铁必(bi)须可靠接地，以防漏电(dian)击穿器件(jian)输入(ru)端(duan)，一(yi)般使用(yong)时(shi)，可断电(dian)后(hou)利用(yong)电(dian)烙铁的(de)(de)余热(re)进行焊接，并(bing)先焊其接地管脚。
MOS是电(dian)(dian)压(ya)驱动元件，对电(dian)(dian)压(ya)很(hen)(hen)(hen)(hen)(hen)敏感，悬空的(de)(de)(de)G很(hen)(hen)(hen)(hen)(hen)容(rong)易(yi)接受(shou)外部干(gan)扰(rao)使(shi)MOS导(dao)通(tong)，外部干(gan)扰(rao)信(xin)号(hao)对G-S结电(dian)(dian)容(rong)充电(dian)(dian)，这个(ge)微小的(de)(de)(de) 电(dian)(dian)荷可以(yi)储存很(hen)(hen)(hen)(hen)(hen)长(zhang)时间(jian)。在(zai)试验中G悬空很(hen)(hen)(hen)(hen)(hen)危险，很(hen)(hen)(hen)(hen)(hen)多就(jiu)因为这样爆管(guan)(guan)，G接个(ge)下拉(la)电(dian)(dian)阻(zu)对地，旁路干(gan)扰(rao)信(xin)号(hao)就(jiu)不会直通(tong)了(le)，一(yi)般可以(yi)10~20K。这个(ge)电(dian)(dian)阻(zu)称为栅(zha)极(ji)电(dian)(dian)阻(zu)，作(zuo)(zuo)用1：为场(chang)效(xiao)(xiao)应(ying)管(guan)(guan)提供偏置电(dian)(dian)压(ya)；作(zuo)(zuo)用2：起(qi)到(dao)泻放电(dian)(dian)阻(zu)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用（保(bao)护(hu)栅(zha)极(ji)G~源极(ji)S）。第一(yi)个(ge)作(zuo)(zuo)用好(hao)理(li)(li)解，这里解释一(yi)下第二个(ge)作(zuo)(zuo)用的(de)(de)(de)原理(li)(li)：保(bao)护(hu)栅(zha)极(ji)G~源极(ji)S：场(chang)效(xiao)(xiao)应(ying)管(guan)(guan)的(de)(de)(de)G-S极(ji)间(jian)的(de)(de)(de)电(dian)(dian)阻(zu)值是很(hen)(hen)(hen)(hen)(hen)大(da)的(de)(de)(de)，这样只要有少量的(de)(de)(de)静(jing)电(dian)(dian)就(jiu)能(neng)(neng)使(shi)他的(de)(de)(de)G-S极(ji)间(jian)的(de)(de)(de)等效(xiao)(xiao)电(dian)(dian)容(rong)两(liang)(liang)端(duan)产(chan)(chan)生很(hen)(hen)(hen)(hen)(hen)高(gao)的(de)(de)(de)电(dian)(dian)压(ya)，如(ru)果不及时把这些少量的(de)(de)(de)静(jing)电(dian)(dian)泻放掉(diao)，他两(liang)(liang)端(duan)的(de)(de)(de)高(gao)压(ya)就(jiu)有可能(neng)(neng)使(shi)场(chang)效(xiao)(xiao)应(ying)管(guan)(guan)产(chan)(chan)生误(wu)动作(zuo)(zuo)，甚至有可能(neng)(neng)击(ji)穿(chuan)其G-S极(ji)；这时栅(zha)极(ji)与源极(ji)之(zhi)间(jian)加的(de)(de)(de)电(dian)(dian)阻(zu)就(jiu)能(neng)(neng)把上述(shu)的(de)(de)(de)静(jing)电(dian)(dian)泻放掉(diao)，从(cong)而起(qi)到(dao)了(le)保(bao)护(hu)场(chang)效(xiao)(xiao)应(ying)管(guan)(guan)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用。
1、穿(chuan)(chuan)通(tong)击(ji)穿(chuan)(chuan)的击(ji)穿(chuan)(chuan)点(dian)软(ruan)，击(ji)穿(chuan)(chuan)过(guo)程中(zhong)，电流有逐(zhu)渐(jian)增大(da)(da)的特征，这是因为耗(hao)尽层(ceng)扩展(zhan)较(jiao)宽，发生电流较(jiao)大(da)(da)。另一方面，耗(hao)尽层(ceng)展(zhan)广大(da)(da)容易发生DIBL效应，使(shi)源衬底结(jie)正偏呈现电流逐(zhu)渐(jian)增大(da)(da)的特征。
2、穿(chuan)(chuan)通(tong)击(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)的软击(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)点发生在源(yuan)(yuan)漏的耗(hao)尽(jin)层(ceng)相接(jie)时(shi)，此刻源(yuan)(yuan)端的载流(liu)子注入(ru)到(dao)耗(hao)尽(jin)层(ceng)中， 被耗(hao)尽(jin)层(ceng)中的电(dian)(dian)场加(jia)快到(dao)达漏端，因此，穿(chuan)(chuan)通(tong)击(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)的电(dian)(dian)流(liu)也有(you)急剧增(zeng)大(da)点，这个电(dian)(dian)流(liu)的急剧增(zeng)大(da)和(he)雪(xue)(xue)(xue)崩(beng)击(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)时(shi)电(dian)(dian)流(liu)急剧增(zeng)大(da)不(bu)同，这时(shi)的电(dian)(dian)流(liu)相当于源(yuan)(yuan)衬(chen)底PN结正向导(dao)通(tong)时(shi)的电(dian)(dian)流(liu)，而雪(xue)(xue)(xue)崩(beng)击(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)时(shi)的电(dian)(dian)流(liu)主要为PN结反向击(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)时(shi)的雪(xue)(xue)(xue)崩(beng)电(dian)(dian)流(liu)，如(ru)不(bu)作限流(liu)，雪(xue)(xue)(xue)崩(beng)击(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)的电(dian)(dian)流(liu)要大(da)。
3、穿(chuan)(chuan)通击(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)一般不会(hui)呈现破坏性击(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)。因为穿(chuan)(chuan)通击(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)场(chang)(chang)强(qiang)没有到达雪崩击(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)的场(chang)(chang)强(qiang)，不会(hui)发(fa)生许多电子空穴对。
4、穿(chuan)通击穿(chuan)一(yi)般发(fa)(fa)生在沟(gou)(gou)道(dao)体内(nei)，沟(gou)(gou)道(dao)外表不容易发(fa)(fa)生穿(chuan)通，这主要是因为沟(gou)(gou)道(dao)注入使外表浓(nong)度比(bi)浓(nong)度大构(gou)成，所以，对(dui)NMOS管一(yi)般都(dou)有防(fang)穿(chuan)通注入。
5、一般(ban)的，鸟嘴边(bian)际的浓(nong)度(du)比沟道(dao)(dao)中心浓(nong)度(du)大(da)，所以(yi)穿(chuan)通击穿(chuan)一般(ban)发生在沟道(dao)(dao)中心。
6、多晶(jing)栅长度(du)对穿(chuan)通击穿(chuan)是有影响(xiang)的，跟着栅长度(du)添加，击穿(chuan)增(zeng)大。而(er)对雪崩击穿(chuan)，严格(ge)来说也有影响(xiang)，可(ke)是没有那么(me)明显。
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