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【技术资料】深度解析静电对MOS的影响及防护(完结篇)

三、MOS静电保护方案

1、MOS因结构和工作原理的特点,栅极容易受到外来异常电压损伤,据不完全统计,在MOS失效的案例中,有超过60%的来自栅极受损的原因所致,特别是在干燥的环境中或冬季生产过程中,属于静电滋生的高发阶段,静电对MOS的损坏变得越发频繁。为了减小静电对MOS损害,增加MOS的使用寿命,除了在生产端实施严格静电管控外,在MOS设计、应用中均会对栅极进行保护,常用方案如下:


1)MOS内置ESD保护方案,如图:

利用MOS在实际应用中,大多以源极S接地的特点,在设计MOS芯片时,在栅极与源极之间,设计一支双向ESD静电保护二极管,当有静电电压作用于MOS栅极时,电压大于ESD静电保护二极管的开启阀值,ESD静电保护二极管导通,将MOS栅极电压钳位在内置ESD钳位电压VC范围内,确保MOS栅极不受的静电电压的损伤。


2)MOS外置ESD保护方案,如图:

栅极到地间外置ESD静电保护二极管,确保栅极受到静电电压高于ESD保护二极管导通阀值时,ESD静电保护二极管导通,将MOS栅极电压钳位在ESD的钳位电压VC范围内,确保MOS栅极不受的静电电压的损伤。图中的ESD静电保护二极管,在一些自驱动(驱动电压取自反馈电压或电源电压)的电路中,也可用稳压管替代,均可将MOS栅极电压钳位在一定的范围内。


3)通用MOS栅极静电保护方案

根据应用端产品的使用方式或使用场所不同,结合发生静电放电等异常发生的概率,MOS栅极保护多采用在栅极增加对地电阻来进行保护或在驱动电阻上并联反向二极管,主要是通过电阻或二极管为栅极异常电压提供泄放回路,以此消耗静电能量,达到栅极保护的目的。也可通过电阻或二极管优化MOS开关性能等。