闩锁效应是什么 如何解决CMOS电路中的闩锁效应在现实生活中有什么具体的事例...

\u4ec0\u4e48\u662f\u95e9\u9501\u6548\u5e94\uff1f

\u95e9\u9501\u6548\u5e94\u662fCMOS\u5de5\u827a\u6240\u7279\u6709\u7684\u5bc4\u751f\u6548\u5e94\uff0c\u4e25\u91cd\u4f1a\u5bfc\u81f4\u7535\u8def\u7684\u5931\u6548\uff0c\u751a\u81f3\u70e7\u6bc1\u82af\u7247\u3002\u95e9\u9501\u6548\u5e94\u662f\u7531NMOS\u7684\u6709\u6e90\u533a\u3001P\u886c\u5e95\u3001N\u9631\u3001PMOS\u7684\u6709\u6e90\u533a\u6784\u6210\u7684n-p-n-p\u7ed3\u6784\u4ea7\u751f\u7684\uff0c\u5f53\u5176\u4e2d\u4e00\u4e2a\u4e09\u6781\u7ba1\u6b63\u504f\u65f6\uff0c\u5c31\u4f1a\u6784\u6210\u6b63\u53cd\u9988\u5f62\u6210\u95e9\u9501\u3002\u907f\u514d\u95e9\u9501\u7684\u65b9\u6cd5\u5c31\u662f\u8981\u51cf\u5c0f\u886c\u5e95\u548cN\u9631\u7684\u5bc4\u751f\u7535\u963b\uff0c\u4f7f\u5bc4\u751f\u7684\u4e09\u6781\u7ba1\u4e0d\u4f1a\u5904\u4e8e\u6b63\u504f\u72b6\u6001\u3002 \u9759\u7535\u662f\u4e00\u79cd\u770b\u4e0d\u89c1\u7684\u7834\u574f\u529b\uff0c\u4f1a\u5bf9\u7535\u5b50\u5143\u5668\u4ef6\u4ea7\u751f\u5f71\u54cd\u3002ESD \u548c\u76f8\u5173\u7684\u7535\u538b\u77ac\u53d8\u90fd\u4f1a\u5f15\u8d77\u95e9\u9501\u6548\u5e94\uff08latch-up\uff09\u662f\u534a\u5bfc\u4f53\u5668\u4ef6\u5931\u6548\u7684\u4e3b\u8981\u539f\u56e0\u4e4b\u4e00\u3002\u5982\u679c\u6709\u4e00\u4e2a\u5f3a\u7535\u573a\u65bd\u52a0\u5728\u5668\u4ef6\u7ed3\u6784\u4e2d\u7684\u6c27\u5316\u7269\u8584\u819c\u4e0a\uff0c\u5219\u8be5\u6c27\u5316\u7269\u8584\u819c\u5c31\u4f1a\u56e0\u4ecb\u8d28\u51fb\u7a7f\u800c\u635f\u574f\u3002\u5f88\u7ec6\u7684\u91d1\u5c5e\u5316\u8ff9\u7ebf\u4f1a\u7531\u4e8e\u5927\u7535\u6d41\u800c\u635f\u574f\uff0c\u5e76\u4f1a\u7531\u4e8e\u6d6a\u6d8c\u7535\u6d41\u9020\u6210\u7684\u8fc7\u70ed\u800c\u5f62\u6210\u5f00\u8def\u3002\u8fd9\u5c31\u662f\u6240\u8c13\u7684\u201c\u95e9\u9501\u6548\u5e94\u201d\u3002\u5728\u95e9\u9501\u60c5\u51b5\u4e0b\uff0c\u5668\u4ef6\u5728\u7535\u6e90\u4e0e\u5730\u4e4b\u95f4\u5f62\u6210\u77ed\u8def\uff0c\u9020\u6210\u5927\u7535\u6d41\u3001EOS\uff08\u7535\u8fc7\u8f7d\uff09\u548c\u5668\u4ef6\u635f\u574f\u3002 MOS\u5de5\u827a\u542b\u6709\u8bb8\u591a\u5185\u5728\u7684\u53cc\u6781\u578b\u6676\u4f53\u7ba1\u3002\u5728CMOS\u5de5\u827a\u4e0b\uff0c\u9631\u4e0e\u886c\u5e95\u7ed3\u5408\u4f1a\u5bfc\u81f4\u5bc4\u751f\u7684n-p-n-p\u7ed3\u6784\u3002\u8fd9\u4e9b\u7ed3\u6784\u4f1a\u5bfc\u81f4VDD\u548cVSS\u7ebf\u7684\u77ed\u8def\uff0c\u4ece\u800c\u901a\u5e38\u4f1a\u7834\u574f\u82af\u7247\uff0c\u6216\u8005\u5f15\u8d77\u7cfb\u7edf\u9519\u8bef\u3002
\u4f8b\u5982\uff0c\u5728n\u9631\u7ed3\u6784\u4e2d\uff0cn-p-n-p\u7ed3\u6784\u662f\u7531NMOS\u7684\u6e90\uff0cp\u886c\u5e95\uff0cn\u9631\u548cPMOS\u7684\u6e90\u6784\u6210\u7684\u3002\u5f53\u4e24\u4e2a\u53cc\u6781\u578b\u6676\u4f53\u7ba1\u4e4b\u4e00\u524d\u5411\u504f\u7f6e\u65f6\uff08\u4f8b\u5982\u7531\u4e8e\u6d41\u7ecf\u9631\u6216\u886c\u5e95\u7684\u7535\u6d41\u5f15\u8d77\uff09\uff0c\u4f1a\u5f15\u8d77\u53e6\u4e00\u4e2a\u6676\u4f53\u7ba1\u7684\u57fa\u6781\u7535\u6d41\u589e\u52a0\u3002\u8fd9\u4e2a\u6b63\u53cd\u9988\u5c06\u4e0d\u65ad\u5730\u5f15\u8d77\u7535\u6d41\u589e\u52a0\uff0c\u76f4\u5230\u7535\u8def\u51fa\u6545\u969c\uff0c\u6216\u8005\u70e7\u6389\u3002
\u53ef\u4ee5\u901a\u8fc7\u63d0\u4f9b\u5927\u91cf\u7684\u9631\u548c\u886c\u5e95\u63a5\u89e6\u6765\u907f\u514d\u95e9\u9501\u6548\u5e94\u3002\u95e9\u9501\u6548\u5e94\u5728\u65e9\u671f\u7684CMOS\u5de5\u827a\u4e2d\u5f88\u91cd\u8981\u3002\u4e0d\u8fc7\uff0c\u73b0\u5728\u5df2\u7ecf\u4e0d\u518d\u662f\u4e2a\u95ee\u9898\u4e86\u3002\u5728\u8fd1\u4e9b\u5e74\uff0c\u5de5\u827a\u7684\u6539\u8fdb\u548c\u8bbe\u8ba1\u7684\u4f18\u5316\u5df2\u7ecf\u6d88\u9664\u4e86\u95e9\u9501\u7684\u5371\u9669\u3002Latch up \u7684\u5b9a\u4e49�0�1 Latch up \u6700\u6613\u4ea7\u751f\u5728\u6613\u53d7\u5916\u90e8\u5e72\u6270\u7684I/O\u7535\u8def\u5904, \u4e5f\u5076\u5c14\u53d1\u751f\u5728\u5185\u90e8\u7535\u8def
�0�1 Latch up \u662f\u6307cmos\u6676\u7247\u4e2d, \u5728\u7535\u6e90power VDD\u548c\u5730\u7ebfGND(VSS)\u4e4b\u95f4\u7531\u4e8e\u5bc4\u751f\u7684PNP\u548cNPN\u53cc\u6781\u6027BJT\u76f8\u4e92\u5f71\u54cd\u800c\u4ea7\u751f\u7684\u4e00\u4f4e\u963b\u6297\u901a\u8def, \u5b83\u7684\u5b58\u5728\u4f1a\u4f7fVDD\u548cGND\u4e4b\u95f4\u4ea7\u751f\u5927\u7535\u6d41
�0�1 \u968f\u7740IC\u5236\u9020\u5de5\u827a\u7684\u53d1\u5c55, \u5c01\u88c5\u5bc6\u5ea6\u548c\u96c6\u6210\u5ea6\u8d8a\u6765\u8d8a\u9ad8,\u4ea7\u751fLatch up\u7684\u53ef\u80fd\u6027\u4f1a\u8d8a\u6765\u8d8a\u5927
�0�1 Latch up \u4ea7\u751f\u7684\u8fc7\u5ea6\u7535\u6d41\u91cf\u53ef\u80fd\u4f1a\u4f7f\u82af\u7247\u4ea7\u751f\u6c38\u4e45\u6027\u7684\u7834\u574f, Latch up \u7684\u9632\u8303\u662fIC Layout \u7684\u6700\u91cd\u8981\u63aa\u65bd\u4e4b\u4e00Latch up \u7684\u539f\u7406\u5206\u6790 Q1\u4e3a\u4e00\u5782\u76f4\u5f0fPNP BJT, \u57fa\u6781(base)\u662fnwell, \u57fa\u6781\u5230\u96c6\u7535\u6781(collector)\u7684\u589e\u76ca\u53ef\u8fbe\u6570\u767e\u500d\uff1bQ2\u662f\u4e00\u4fa7\u9762\u5f0f\u7684NPN BJT\uff0c\u57fa\u6781\u4e3aP substrate\uff0c\u5230\u96c6\u7535\u6781\u7684\u589e\u76ca\u53ef\u8fbe\u6570\u5341\u500d\uff1bRwell\u662fnwell\u7684\u5bc4\u751f\u7535\u963b\uff1bRsub\u662fsubstrate\u7535\u963b\u3002
\u4ee5\u4e0a\u56db\u5143\u4ef6\u6784\u6210\u53ef\u63a7\u7845\uff08SCR\uff09\u7535\u8def\uff0c\u5f53\u65e0\u5916\u754c\u5e72\u6270\u672a\u5f15\u8d77\u89e6\u53d1\u65f6\uff0c\u4e24\u4e2aBJT\u5904\u4e8e\u622a\u6b62\u72b6\u6001\uff0c\u96c6\u7535\u6781\u7535\u6d41\u662fC-B\u7684\u53cd\u5411\u6f0f\u7535\u6d41\u6784\u6210\uff0c\u7535\u6d41\u589e\u76ca\u975e\u5e38\u5c0f\uff0c\u6b64\u65f6Latch up\u4e0d\u4f1a\u4ea7\u751f\u3002\u5f53\u5176\u4e2d\u4e00\u4e2aBJT\u7684\u96c6\u7535\u6781\u7535\u6d41\u53d7\u5916
\u90e8\u5e72\u6270\u7a81\u7136\u589e\u52a0\u5230\u4e00\u5b9a\u503c\u65f6\uff0c\u4f1a\u53cd\u9988\u81f3\u53e6\u4e00\u4e2aBJT\uff0c\u4ece\u800c\u4f7f\u4e24\u4e2aBJT\u56e0\u89e6\u53d1\u800c\u5bfc\u901a\uff0cVDD\u81f3GND\uff08VSS\uff09\u95f4
\u5f62\u6210\u4f4e\u6297\u901a\u8def\uff0cLatch up\u7531\u6b64\u800c\u4ea7\u751f\u3002\u4ea7\u751fLatch up \u7684\u5177\u4f53\u539f\u56e0�6�1 \u82af\u7247\u4e00\u5f00\u59cb\u5de5\u4f5c\u65f6VDD\u53d8\u5316\u5bfc\u81f4nwell\u548cP substrate\u95f4\u5bc4\u751f\u7535\u5bb9\u4e2d\u4ea7\u751f\u8db3\u591f\u7684\u7535\u6d41\uff0c\u5f53VDD\u53d8\u5316\u7387\u5927\u5230\u4e00\u5b9a\u5730\u6b65\uff0c\u5c06\u4f1a\u5f15\u8d77Latch up\u3002
�6�1\u5f53I/O\u7684\u4fe1\u53f7\u53d8\u5316\u8d85\u51faVDD-GND\uff08VSS\uff09\u7684\u8303\u56f4\u65f6\uff0c\u6709\u5927\u7535\u6d41\u5728\u82af\u7247\u4e2d\u4ea7\u751f\uff0c\u4e5f\u4f1a\u5bfc\u81f4SCR\u7684\u89e6\u53d1\u3002
�6�1ESD\u9759\u7535\u52a0\u538b\uff0c\u53ef\u80fd\u4f1a\u4ece\u4fdd\u62a4\u7535\u8def\u4e2d\u5f15\u5165\u5c11\u91cf\u5e26\u7535\u8f7d\u5b50\u5230well\u6216substrate\u4e2d\uff0c\u4e5f\u4f1a\u5f15\u8d77SCR\u7684\u89e6\u53d1\u3002
�6�1 \u5f53\u5f88\u591a\u7684\u9a71\u52a8\u5668\u540c\u65f6\u52a8\u4f5c\uff0c\u8d1f\u8f7d\u8fc7\u5927\u4f7fpower\u548cgnd\u7a81\u7136\u53d8\u5316\uff0c\u4e5f\u6709\u53ef\u80fd\u6253\u5f00SCR\u7684\u4e00\u4e2aBJT\u3002
�6�1Well \u4fa7\u9762\u6f0f\u7535\u6d41\u8fc7\u5927\u3002\u9632\u6b62Latch up \u7684\u65b9\u6cd5�6�1 \u5728\u57fa\u4f53\uff08substrate)\u4e0a\u6539\u53d8\u91d1\u5c5e\u7684\u63ba\u6742\uff0c\u964d\u4f4eBJT\u7684\u589e\u76ca
�6�1 \u907f\u514dsource\u548cdrain\u7684\u6b63\u5411\u504f\u538b
�6�1 \u589e\u52a0\u4e00\u4e2a\u8f7b\u63ba\u6742\u7684layer\u5728\u91cd\u63ba\u6742\u7684\u57fa\u4f53\u4e0a\uff0c\u963b\u6b62\u4fa7\u9762\u7535\u6d41\u4ece\u5782\u76f4BJT\u5230\u4f4e\u963b\u57fa\u4f53\u4e0a\u7684\u901a\u8def
�6�1 \u4f7f\u7528Guard ring: P+ ring\u73af\u7ed5nmos\u5e76\u63a5GND\uff1bN+ ring\u73af\u7ed5pmos \u5e76\u63a5VDD\uff0c\u4e00\u65b9\u9762\u53ef\u4ee5\u964d\u4f4eRwell\u548cRsub\u7684\u963b\u503c\uff0c\u53e6\u4e00\u65b9\u9762\u53ef\u963b\u6b62\u683d\u5b50\u5230\u8fbeBJT\u7684\u57fa\u6781\u3002\u5982\u679c\u53ef\u80fd\uff0c\u53ef\u518d\u589e\u52a0\u4e24\u5708ring\u3002
�6�1Substrate contact\u548cwell contact\u5e94\u5c3d\u91cf\u9760\u8fd1source,\u4ee5\u964d\u4f4eRwell\u548cRsub\u7684\u963b\u503c\u3002
�6�1\u4f7fnmos\u5c3d\u91cf\u9760\u8fd1GND\uff0cpmos\u5c3d\u91cf\u9760\u8fd1VDD,\u4fdd\u6301\u8db3\u591f\u7684\u8ddd\u79bb\u5728pmos \u548cnmos\u4e4b\u95f4\u4ee5\u964d\u4f4e\u5f15\u53d1SCR\u7684\u53ef\u80fd
�6�1 \u9664\u5728I/O\u5904\u9700\u91c7\u53d6\u9632Latch up\u7684\u63aa\u65bd\u5916\uff0c\u51e1\u63a5I/O\u7684\u5185\u90e8mos \u4e5f\u5e94\u5708guard ring\u3002

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闩锁效应是CMOS工艺所特有的寄生效应，严重会导致电路的失效，甚至烧毁芯片。闩锁效应是由NMOS的有源区、P衬底、N阱、PMOS的有源区构成的n-p-n-p结构产生的，当其中一个三极管正偏时，就会构成正反馈形成闩锁。避免闩锁的方法就是要减小衬底和N阱的寄生电阻，使寄生的三极管不会处于正偏状态。 静电是一种看不见的破坏力，会对电子元器件产生影响。ESD 和相关的电压瞬变都会引起闩锁效应（latch-up）是半导体器件失效的主要原因之一。如果有一个强电场施加在器件结构中的氧化物薄膜上，则该氧化物薄膜就会因介质击穿而损坏。很细的金属化迹线会由于大电流而损坏，并会由于浪涌电流造成的过热而形成开路。这就是所谓的“闩锁效应”。在闩锁情况下，器件在电源与地之间形成短路，造成大电流、EOS（电过载）和器件损坏。 　　MOS工艺含有许多内在的双极型晶体管。在CMOS工艺下，阱与衬底结合会导致寄生的n-p-n-p结构。这些结构会导致VDD和VSS线的短路，从而通常会破坏芯片，或者引起系统错误。 　　例如，在n阱结构中，n-p-n-p结构是由NMOS的源，p衬底，n阱和PMOS的源构成的。当两个双极型晶体管之一前向偏置时（例如由于流经阱或衬底的电流引起），会引起另一个晶体管的基极电流增加。这个正反馈将不断地引起电流增加，直到电路出故障，或者烧掉。 　　可以通过提供大量的阱和衬底接触来避免闩锁效应。闩锁效应在早期的CMOS工艺中很重要。不过，现在已经不再是个问题了。在近些年，工艺的改进和设计的优化已经消除了闩锁的危险。 　　Latch up 的定义 　　? Latch up 最易产生在易受外部干扰的I/O电路处, 也偶尔发生在内部电路 　　? Latch up 是指cmos晶片中, 在电源power VDD和地线GND(VSS)之间由于寄生的PNP和NPN双极性BJT相互影响而产生的一低阻抗通路, 它的存在会使VDD和GND之间产生大电流 　　? 随着IC制造工艺的发展, 封装密度和集成度越来越高,产生Latch up的可能性会越来越大 　　? Latch up 产生的过度电流量可能会使芯片产生永久性的破坏, Latch up 的防范是IC Layout 的最重要措施之一

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