MOS管軟擊穿現(xiàn)象深度剖析
在 MOS管的應(yīng)用進(jìn)程中，軟擊穿現(xiàn)象是備受關(guān)注的關(guān)鍵議題。深入探究這一現(xiàn)象，對提升 MOS 管的性能與可靠性有著不可替代的作用。
一、MOS 管軟擊穿與穿通擊穿關(guān)聯(lián)解析
MOS 管軟擊穿現(xiàn)象與穿通擊穿緊密相連。穿通擊穿具有獨(dú)特的特性，電流逐步增大和耗盡層展寬是其典型表現(xiàn)。當(dāng)源漏的耗盡層相接時(shí)，源端載流子注入耗盡層，并在電場作用下加速運(yùn)動(dòng)至漏端，致使電流急劇增大。這一過程是理解 MOS 管軟擊穿的關(guān)鍵所在。
二、穿通擊穿詳盡原理
穿通擊穿的發(fā)生場景側(cè)重于源漏之間的耗盡層相接之時(shí)。其表現(xiàn)特征為電流存在逐步增大趨勢以及急劇增大點(diǎn)。這源于耗盡層擴(kuò)展至較寬區(qū)域，從而產(chǎn)生較大電流。軟擊穿點(diǎn)同樣位于源漏耗盡層相接處，源端載流子注入耗盡層，被電場加速后抵達(dá)漏端，電流急劇增大。區(qū)別于雪崩擊穿，此時(shí)電流本質(zhì)更接近源襯底 PN 結(jié)正向?qū)娏鳎┍罁舸╇娏髦饕?PN 結(jié)反向擊穿產(chǎn)生的雪崩電流。穿通擊穿一般不會(huì)出現(xiàn)破壞性擊穿情況，因其場強(qiáng)未達(dá)雪崩擊穿場強(qiáng)，難以產(chǎn)生大量電子空穴對。
（一）穿通擊穿受多晶柵長度影響因素
破壞性擊穿不會(huì)出現(xiàn) ：由于穿通擊穿場強(qiáng)未達(dá)雪崩擊穿場強(qiáng)，無法產(chǎn)生大量電子空穴對，故而不會(huì)出現(xiàn)破壞性擊穿。
發(fā)生位置在溝道中間 ：穿通不易發(fā)生在溝道表面，因溝道注入使表面濃度較大。對于 NMOS 管場效應(yīng)管，通常配備防穿通注入機(jī)制。相比之下，溝道中間的濃度較低，更易成為穿通擊穿的發(fā)生區(qū)域。
鳥嘴邊緣濃度影響 ：一般情況下，鳥嘴邊緣濃度高于溝道中間濃度，這導(dǎo)致穿通擊穿多發(fā)生在溝道中間。
軟擊穿電流漸變特性 ：耗盡層擴(kuò)展較寬，同時(shí) DIBL 效應(yīng)的發(fā)生，致使源襯底結(jié)正偏，電流呈現(xiàn)逐漸增大的特點(diǎn)。
軟擊穿點(diǎn)電流特性 ：源漏耗盡層相接時(shí)，源端載流子注入耗盡層并被電場加速至漏端，電流增大。此時(shí)電流與雪崩擊穿電流不同，與源襯底 PN 結(jié)正向?qū)〞r(shí)電流相同。
（二）穿通擊穿特點(diǎn)總結(jié)
擊穿點(diǎn)軟特性 ：擊穿過程中電流逐漸增大，一方面由于耗盡層擴(kuò)展較寬導(dǎo)致電流較大，另一方面耗盡層展寬易引發(fā) DIBL 效應(yīng)，使源襯底結(jié)正偏呈現(xiàn)電流逐漸增大的特征。
軟擊穿點(diǎn)電流急劇增大 ：源漏耗盡層相接時(shí)，源端載流子注入耗盡層被電場加速至漏端，電流出現(xiàn)急劇增大點(diǎn)。與雪崩擊穿時(shí)的電流急劇增大有本質(zhì)區(qū)別，此時(shí)電流相當(dāng)于源襯底 PN 結(jié)正向?qū)〞r(shí)的電流，而雪崩擊穿時(shí)的電流主要是 PN 結(jié)反向擊穿時(shí)的雪崩電流，若不限流，雪崩擊穿的電流更大。
無破壞性擊穿優(yōu)勢 ：穿通擊穿的場強(qiáng)未達(dá)到雪崩擊穿的場強(qiáng)，不會(huì)產(chǎn)生大量電子空穴對，因此一般不會(huì)出現(xiàn)破壞性擊穿。
發(fā)生位置傾向溝道體內(nèi) ：穿通擊穿通常發(fā)生在溝道體內(nèi)，溝道表面因溝道注入使表面濃度較大而不易發(fā)生穿通，對于 NMOS 管通常具備防穿通注入機(jī)制。
多晶柵長度影響差異 ：多晶柵長度對穿通擊穿有影響，隨著柵長度增加，擊穿概率增大。而對雪崩擊穿而言，雖然嚴(yán)格來說也受柵長度影響，但影響程度相對較小。
三、防止穿通擊穿的有效策略
為有效防止穿通擊穿，可采取以下策略：
優(yōu)化器件結(jié)構(gòu) ：通過精準(zhǔn)調(diào)整摻雜濃度來抑制耗盡區(qū)寬度的延展，從器件結(jié)構(gòu)層面降低穿通擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。
設(shè)計(jì)與制造優(yōu)化措施 ：在設(shè)計(jì)階段充分考慮可能引發(fā)穿通擊穿的因素，并在制造過程中嚴(yán)格把控工藝參數(shù)、改進(jìn)版圖設(shè)計(jì)等，以避免或減少穿通擊穿的發(fā)生。
靜電防護(hù)措施 ：鑒于 MOS 管對靜電較為敏感，采取諸如在電路設(shè)計(jì)中增加靜電放電保護(hù)電路、在生產(chǎn)過程中采用防靜電措施等適當(dāng)?shù)撵o電防護(hù)手段，防止靜電放電導(dǎo)致的擊穿現(xiàn)象，這對于保障 MOS 管的性能和可靠性、延長其使用壽命至關(guān)重要。
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