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新一代 ESD 保护器件不再需要 VCC 连接引言由于其不断减少的处理节点, 数字和模拟 IC 越来越容易受到静电放电(ESD) 的损坏, 因此为了保证充分的系统级 ESD 保护,离散式 ESD 保护二极管成为一种必需组件。过去,我们把 VCC 连接添加至二极管, 目的是降低其结电容。随着新型二极管技术的出现, 现在却不再需要。本文将向您介绍过去为什么需要 VCC 连接,并解释现在却不使用它的一些原因。 ESD 是两个不同电势的物体接触时出现的静电释放现象。例如,在天气干燥的冬天,在把印刷电路板(PCB) 封装到填充有泡沫的箱子里时,最高可产生 20 kV的 ESD 。为了确保电子终端设备不受日常 ESD 现象的损害,通常要求使用离散式二极管,其拥有比标准 2kV 人体模型(HBM) 更稳健的 ESD 额定值。离散二极管的 ESD 额定值直接与二极管的 p-n 结点面积成比例关系; 但是,结点越大,寄生电容就越大。为了不影响二极管的 ESD 额定值,添加一个 VCC 连接是一种 IC 设计方法,它可以有效降低二极管的寄生电容,但有可能会损坏连接至 VCC 的所有其他器件。然而, 工艺技术的最新进展, 让二极管设计人员不再需要 VCC 连接,并同时能够保证低电容和高 ESD 额定值。二极管特性二极管是最为基本的半导体器件。它由一个 p 型和一个 n 型结点组成, 具有两个端头: 一个 p 型端的阳极和一个 n 型端的阴极( 请参见图 1)。当从阴极向阴极( 反向偏置) 施加一个足够大的电压时, 二极管进入其击穿区域。理论上讲, 电阻为零时, 它可以传导无限数量的电流。使用另一个方向( 正向偏置) 施加电压, 会使二极管进入其正向导电区域。图2 显示了一个基本二极管的 IV 曲线,它的阴极接地,电压穿过阴极。尽管针对不同应用有许多不同类型的二极连接管, 但这里要讨论的是 ESD 保护应用的超快速响应二极管。这些二极管可以非常快速地对高 ESD 电压做出响应, 并通过分流 ESD 电流至接地, 在几纳秒时间内便可把数千伏电压降低至仅仅数十伏。影响二极管寄生电容的因素有两个: 结电容( 由于过渡层内的电荷变化) 和扩散电容(由于中性区域内的过剩载流子) 。在反向偏置区域由结电容主导,其为 ESD 二极管的正常应用区。二极管的结电容描述如下: 其中: A 为结面积。ε Si 为硅的介电常数。 q 为一个库仑电荷。 NA 为受主掺杂浓度。 ND 为施主掺杂浓度。φ0 为结点的内建电压。 VA 为在结点上施加的偏置电压。在应用级, VA 越高,结电容越低( 请参见图 3) 。这是因为,以前的二极管技术要求一个 VCC 偏置来稳压 VA,- 从而降低寄生电容。使用 VCC 连接还让系统工程师可以在 VCC 节点添加一个大电容( 请参见图 4), 它起到一个电荷库的作用, 目的是吸收一些过多的 ESD 能量, 从而逐渐增加 ESD 保护。把高速二极管用于 ESD 保护为了设计出一种高 ESD 额定值、低电容的二极管结构, 通常使用三二级管方法( 参见图 5和 6) ,原因有三个: 1 、相比在反向击穿区域,二极管在正向导电区域可以承受更强的电流。 2 、隐藏式(hiding) 二极管 1 和齐纳二极管可抵制正 ESD 电击。 3 、隐藏式二极管 2 可抵制负 ESD