南京邮电大学 电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院南京 210023
为了解决RC触发机制在小电容条件下开启时间不足的问题, 设计了一种新型ESD箝位电路。电路采用反馈和分流机制与电容组合的方法, 将小电容与一个受反馈nMOS控制的分流nMOS并联。分流nMOS分流了电容的充电电流, 从而延长了电路的开启时间。仿真结果显示, 新提出的电路开启时间足够长且能够快速响应ESD事件, 能够实现ESD保护。此外, 该电路引入可调节的最小开启电压, 能够有效避免快速上电条件下的误触发现象。
小电容 开启时间 最小开启电压 误触发 electrostatic discharge ESD small capacitance turn-on duration minimum starting voltage false trigger
1 山东大学 激光与红外系统集成技术教育部重点实验室, 山东 青岛 266237
2 厦门市三安集成电路有限公司, 福建 厦门 361000
3 中国科学院半导体研究所, 北京 100083
4 山东大学 信息科学与工程学院, 山东 青岛 266237
氧化型垂直腔面发射激光器（VCSEL）在数据通信等领域具有广泛的应用，然而氧化型VCSEL是一种静电敏感型器件，静电放电(ESD)是导致其失效的主要原因之一，并且器件失效后很难判断问题的原因。本文对氧化型VCSEL进行了包括人体模式(HBM)、机器模式(MM)和元件充电模式(CDM)3种不同的ESD模式和过度电应力(EOS)冲击，以分析其具体失效原因。其中，在HBM模式中研究了不同极性的电压冲击对应的失效特征，然后分别采用反向I-V、正向L-I-V测试、发光显微镜（EMMI)和透射电子显微镜(TEM)等手段进行表征。结果表明，不同ESD模式表现出截然不同的损伤电压阈值，氧化型VCSEL容易遭受HBM和MM损伤，而对CDM模式不敏感。研究发现和ESD失效关联的特性及缺陷特征包括反向漏电增加、出光功率衰减、EMMI亮点等，而TEM作为最为直接有效的分析手段，不同ESD模式表现出不同的缺陷大小和位置等性质。这些研究结果有助于区分ESD故障和其它故障机制，并且能够精确地判断出引起失效的具体ESD模式，具有重要的意义。
垂直腔面发射激光器 静电放电(ESD) 失效分析 vertical cavity surface emitting lasers electrostatic discharge failure analysis
中国电子科技集团公司 第二十四研究所, 重庆 400060
介绍了一种系统级封装(SiP)的ESD保护技术。采用瞬态抑制二极管(TVS)构建合理的ESD电流泄放路径，实现了一种SiP的ESD保护电路。将片上核心芯片的抗ESD能力从HBM 2 000 V提升到8 000 V。SiP ESD保护技术相比片上ESD保护技术，抗ESD能力提升效果显著，缩短了开发周期。该技术兼容原芯片封装尺寸，可广泛应用于SiP类产品开发中。
系统级封装 瞬态抑制二极管 electrostatic discharge (ESD) ESD system in package (SiP) TVS
1 电子科技大学 信息与通信工程学院, 成都 610000
2 电子科技大学 电子科学与工程学院, 成都 610000
提出了一种用于静电放电(ESD)保护的PMOS器件触发SCR器件(PMTSCR)。PMTSCR器件的开启由寄生PMOS的沟道长度、SCR器件寄生阱电阻RPW和RNW决定。器件具有触发电压低的优点。实验结果表明，通过调整PMTSCR器件的结构参数，相比于传统低电压触发SCR器件(LVTSCR)，PMTSCR器件的触发电压由63 V下降到44 V，触发电压减少30%，同时器件的ESD漏电流保持不变。
静电放点 可控硅整流器 触发电压 electrostatic discharge SCR trigger voltage
湖南师范大学物理与电子科学学院, 湖南 长沙 410081
利用光生伏特效应设计一种新型的光控双向栅极可控硅晶闸管(LDGSCR)防护器件,研究光照对静电放电(ESD)维持窗口的调控作用。使用光生电流来模拟光照控制ESD设计窗口的物理效应,实现一种光控器件的可控硅晶闸管(SCR)宏观模型。在1.5 V的电压模拟光照下,该模型的维持电流相比无光条件增加35 mA,表明使用光照来调整ESD的维持窗口可以降低被保护电路发生闩锁的风险。采用0.18 μm BCD工艺制造LDGSCR器件并进行测试,测试结果与模型仿真结果之间的最大误差仅为0.09 V和0.004 A。验证表明,该宏观模型可以消除传统耦合晶体管电路模型中存在的收敛性问题,极大减少开发光控SCR器件新型结构所需的时间和精力。
光电子学 光控器件 静电放电防护器件 光电流 维持窗口 紧凑宏观模型 光学学报
2021, 41(11): 1125001
强激光与粒子束
2019, 31(12): 123201
系统级静电放电(ESD)效应仿真可以在电子系统进行测试之前进行有效的静电放电效应防护, 缩短研发周期。根据传输线脉冲测试(TLP)结果, 对瞬态电压抑制(TVS)二极管和芯片引脚进行spice行为建模, 结合ESD脉冲源的等效电路模型, PCB板的S参数模型, 采用场路协同技术完成了系统级静电放电效应的仿真。针对一个典型的电子系统, 在IEC 61000-4-2 ESD应力作用下, 完成了一款开关芯片防护电路的仿真, 并对电路进行了加工、放电测试, 仿真与测试芯片引脚的电压波形吻合良好, 验证了该仿真方法的有效性。
静电放电 传输线脉冲测试 TVS二极管 spice模型 场路协同仿真 electrostatic discharge TLP TVS diode spice model field-circuit co-simulation 强激光与粒子束
2019, 31(10): 103208
陆军工程大学石家庄校区 强电磁场环境模拟与防护技术重点实验室, 石家庄 050003
近年来, 与静电放电(ESD)领域相关联的气体放电理论、材料科学和电测技术等新兴学科的不断研究和发展, 已逐渐由实验科学阶段走向实际应用阶段。同时, 人们也逐渐发现静电放电给人类造成的危害是十分惊人的, 它不仅能够影响人类的正常生活, 更是限制了自动化生产水平的提高。基于传统静电放电的模拟装置设备单一、功能局限, 无法满足静电放电全方位、多用途的实验要求, 为解决这一问题, 设计和实现了包含电极模拟、方位变换、电路传输的完整的实验模拟装置。该装置主要由底座、支撑架、金属球、放电针、绝缘环、方位表盘等6部分组成, 能够满足不同极化方向电磁场条件下的实验要求, 同时还能够实现对不同高度、不同位置条件下的电磁场的基本极化方向进行判断识别。该系统具有一定的实验创新性和先进性, 能够有效地满足各类电磁实验的需要, 为研究电磁诱发静电放电实验提供了有力的硬件支持。
静电放电 静电危害 模拟装置 电路传输 电磁诱发 electrostatic discharge electrostatic hazard analog device circuit transmission electromagnetic induction 强激光与粒子束
2019, 31(6): 063205
1 武汉理工大学 物理系, 武汉 430070
2 ESDEMC 科技有限公司, 罗拉 65401
显示屏是人机交互的重要部件, 当人体静电放电发生在显示屏表面时, 有可能导致软硬故障。为了研究显示屏空气式静电放电实验特性, 通过一个自制的装置对显示屏空气式静电放电电流和通过显示屏的位移电流进行了实验测量。研究发现: 放电电流峰值随接近速度的增加而增加, 上升时间随接近速度的增加而减小。在±10~±12 kV电压范围, 受电弧长度的影响, 上升时间增大, 电流峰值变小。随着测量点与放电点之间距离的增大, 位移电流波形峰值减小、上升时间增大, 正极性放电峰值更大且扩散范围更广, 而负极性放电上升时间增大更加明显。由位移电流波形及其分布可以计算出电荷密度。电荷密度随距离放电位置距离的增大而减小。与正极性相比, 尽管负极性放电电流峰值较低, 但电荷密度较高, 说明负极性放电具有造成更高等级损伤风险的危害。
静电放电 空气放电 电流峰值 上升时间 位移电流 电荷密度 electrostatic discharge air discharge peak current rise time displacement current charge density 强激光与粒子束
2019, 31(6): 063203
