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ESD电路与器件(ESD CIRCUITS AND DEVICES)
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ESD电路与器件(ESD CIRCUITS AND DEVICES)

  • 作者:(美国)(Steven H.Voldman)沃尔德曼 者 常昌远 钟锐
  • 出版社:电子工业出版社
  • ISBN:9787121065699
  • 出版日期:2008年01月01日
  • 页数:275
  • 定价:¥45.00
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    内容提要
    本书译自美国史蒂文·H. 沃尔德曼著《ESD CIRCUITS AND DEVICES》一书。本书系统地介绍了抗静电放电(ESD)电路设计和版图设计,并给出了大量实例。主要内容有:ESD中的基本概念及ESD的设计方法;采用MOS管和二极管的ESD设计的解析模型和实验结果;各种ESD电路网络及应用;ESD输入电路及ESD电源钳位网络等。
    本书为作者的ESD系列专著的第二本,对于专业集成电路设计和系统ESD工程师具有较高的参考价值。本书可以作为工艺、质量、可靠性和误差分析工程师的工具书,也可作为微电子学和集成电路设计专业高年级学生和研究生的参考书。
    文章节选


    古希腊时人们就已经知道静电放电(ESD)现象,当希腊七圣人之一的Thales(米利都人)注意到毛发被琥珀所吸引时,创造了“电子”这个单词。17世纪,吉柏特(Gilbert)和卡贝奥(Cabeo)论述了电子的吸引和排斥性质。18世纪,科学家们研究电物理学的兴趣迅速增长,从格雷(Gray)、迪费(du Fay)、诺来(Nollet)、米森布鲁克(Musschenbroeck)、富兰克林(Franklin)、沃森(Watson)、埃皮鲁斯(Aepinus)、康东(Canton)、普里斯特利(Priestley)、卡文迪斯(Cavendish)、加尔瓦尼(Galvani)、库仑(Coulomb)、伏打(Volta)、普瓦松(Poisson)、法拉第(Faraday),一直延续到19世纪的拉普拉斯(Laplace)、高斯(Gauss)、欧斯特(Oersted)、安培(Ampere)、大卫(Davy)、欧姆(Ohm)、格林(Green)、奥斯特洛格拉茨基(Ostrogradsky)、亨利(Henry)、开尔文(Lord Kelvin)、焦耳(Joule)、诺伊曼(Neumann)、韦伯(Weber)、汤姆森(Thomson)、基尔霍夫(Kirchoff)、斯托克斯(Stokes)、赫尔姆霍兹(Helmholtz)以及马克斯韦尔(Maxwell)。1820年,随着欧斯特(Oersted)、安培(Ampere)、大卫(Davy)和欧姆(Ohm)的一系列发现,人们开始对电路有了基本理解。
    放电和对放电的引导(如闪电)在1700年就引起了本杰明?富兰克林(Benjamin Franklin)的兴趣。避雷针是人类*早用于引导闪电电流沿一个不损坏建筑物的放电方向通过的物体。今天,在半导体芯片中ESD保护网络的作用就是引导集成电路和半导体芯片中的放电电流,使其不被损坏。从某种意义上来说,ESD保护就充当了微结构避雷针的角色;2002年10月《科学美国人》有篇关于ESD的文章,题目为“微结构的避雷针”,这确实是一个恰当的比喻。半导体工程师和ESD设计工程师的任务是找出防止涌流对半导体芯片造成损坏的电路,与雷电和教堂尖塔相比它的规模更小、环境更复杂而已。
    但是今天,研究的**主要集中在半导体芯片和电子芯片ESD保护的设计上。
    本书是ESD系列中的第二本书。约翰?威利(John Wiley)父子公司出版的ESD保护系列的**本书的书名为《ESD:物理和器件》,它是本书的姐妹篇。正如《ESD: 物理和器件》的前言所述,该书不仅探讨如何科学地理解ESD,而且致力于以什么方式提出和讲授ESD。当今世界上只有一所大学(中国台湾新竹国立交通大学)在短学期课程里讲授半导体器件中快速涌现的ESD现象。这些教学内容值得在大学里讲授,用以培训ESD保护器件工程师,以及正在研制ESD器件和电路的有关专业人士。但迄今为止ESD只在讲座、短学期课程和个别指导中讲授。ESD讲座教学不足以为ESD工程师提供教育培训之需,讲座的教学内容与ESD科目内容相比微不足道。今天虽有一些ESD书,但都不适合作为物理、数学、材料以及电机工程专业正规本科生和研究生的主修课本,其原因在于不能融合多学科内容使之引起人们广泛的兴趣;《ESD:物理和器件》这本书的目的就是试图对这些问题做全面论述。
    **本书《ESD:物理和器件》主要针对半导体器件物理学工作者,电路设计者,半导体工艺工程师,材料科学工作者,化学、物理、数学工作者,半导体部门经理和ESD工程师。第二本书《ESD电路与器件》详细论述ESD的工作过程,主要提供给专业ESD设计师,半导体芯片布局工程师,电源总线设计工程师,输入/输出设计团队,接收电路工程师,片外驱动(OCD)工程师,锁相环(PLL)工程师,封装工程师,模拟设计团队,射频设计团队,模型研究团队,器件参数提取团队,设计规则检查团队,确认验证团队,版图技术工作者,ESD测试工程师,质量工程师,可靠性工程师,应用领域工程师和IC制造厂客户参阅。对于电路设计者和电路设计团队而言,本书能满足其需要。目前,只有S.Dabral和T.Maloney出版社出版的《ESD和输入/输出基础设计》对于输入/输出设计工作者十分有用。但是要培训一个ESD工程师则需要像本书这样更深入地探讨ESD电路和输入/输出电路对ESD的响应。
    目录
    第1章 静电放电
    1.1 电流和静电放电
    1.1.1 电流和静电
    1.1.2 静电放电
    1.1.3 主要的ESD专利、发明和创新
    1.1.4 ESD失效机制
    1.2 ESD设计基本概念
    1.2.1 ESD设计概念
    1.2.2 对外部事件的器件响应
    1.2.3 可选电路环路
    1.2.4 开关
    1.2.5 电流通路的去耦
    1.2.6 反馈环路的去耦
    1.2.7 电源轨的去耦
    1.2.8 局部和全局分布
    1.2.9 寄生元件的使用
    1.2.10 缓冲
    1.2.11 镇流
    1.2.12 半导体器件、电路或芯片功能的不使用部分
    1.2.13 浮置和非浮置网络间的阻抗匹配
    1.2.14 非连接结构
    1.2.15 虚拟结构和虚拟电路的使用
    1.2.16 非缩小源事件
    1.2.17 面积有效性
    1.3 时间常数
    1.3.1 静电和静磁时间常数
    1.3.2 热学时间常数
    1.3.3 热学物理时间常数
    1.3.4 半导体器件时间常数
    1.3.5 电路时间常数
    1.3.6 芯片级时间常数
    1.3.7 ESD时间常数
    1.4 电容、电阻和电感和ESD
    1.4.1 电容
    1.4.2 电阻
    1.4.3 电感
    1.5 ESD和经验法则
    1.6 集总—分布式分析和ESD
    1.6.1 电流和电压分布
    1.6.2 集总系统与分布式系统
    1.6.3 分布式系统:梯形网络分析
    1.6.4 电阻-电感-电容(RLC)分布式系统
    1.6.5 电阻-电容(RC)分布式系统
    1.6.6 电阻-电导(RG)分布式系统
    1.7 ESD度量和品质因数
    1.7.1 芯片层面上的ESD度量
    1.7.2 电路层面的ESD度量
    1.7.3 ESD器件度量
    1.7.4 ESD品质和可靠性的商业度量
    1.8 ESD方案十二步形成法
    1.9 本章小结
    习题
    参考文献

    第2章 设计综合
    2.1 半导体芯片ESD保护的结构和综合
    2.2 电学连接和空间连接
    2.2.1 电学连接
    2.2.2 热连接
    2.2.3 空间连接
    2.3 ESD保护、闩锁效应和噪声
    2.3.1 噪声
    2.3.2 闩锁效应
    2.4 接口电路和ESD元件
    2.5 ESD电源钳位网络
    2.6 ESD轨*轨器件
    2.6.1 ESD轨*轨网络的放置
    2.6.2 外围和阵列I/O
    2.7 保护环
    2.8 焊盘、浮动焊盘和无连接焊盘
    2.9 连接焊盘下的结构
    2.10 本章小结
    习题
    参考文献

    第3章 ESD设计:MOSFET电路设计
    3.1 基本ESD设计概念
    3.1.1 沟道长度和线宽控制
    3.1.2 ACLV控制
    3.1.3 MOSFET ESD设计实例
    3.2 ESD MOSFET设计:沟道宽度
    3.3 ESD MOSFET设计:接触孔
    3.3.1 栅极到接触孔的间距
    3.3.2 接触孔间距
    3.3.3 端部接触
    3.3.4 接触孔到单指边缘
    3.4 ESD MOSFET设计:金属分布
    3.4.1 MOSFET金属线设计和电流分布
    3.4.2 MOSFET阶梯形网络模型
    3.4.3 MOSFET连线:非并行电流分布
    3.4.4 MOSFET连线:并行电流分布
    3.5 ESD MOSFET设计:硅化物掩模板
    3.5.1 硅化物掩模板设计
    3.5.2 跨源漏的硅化物掩模设计
    3.5.3 覆盖栅的硅化物掩模板设计
    3.5.4 硅化物与分割
    3.6 ESD MOSFET设计:串联共源共栅结构
    3.6.1 串联共源共栅结构的MOSFET
    3.6.2 完整的共源共栅MOSFET
    3.7 ESD MOSFET设计:耦合和镇流技术的叉指设计
    3.7.1 栅极通过镇流电阻接地的MOSFET
    3.7.2 栅极和软衬底地之间接镇流电阻的MOSFET
    3.7.3 源栅耦合的多米诺镇流电阻的MOSFET结构
    3.7.4 MOSFET源启动栅自举镇流电阻的叉指结构
    3.7.5 MOSFET源启动栅自举利用二极管电阻镇流的叉指MOSFET
    3.8 ESD MOSFET设计:封闭的漏极设计参数
    3.9 ESD MOSFET互连镇流设计
    3.10 MOSFET设计:源和漏的分割
    3.11 本章小结
    习题
    参考文献

    第4章 ESD设计:二极管设计
    4.1 ESD二极管设计:ESD的基础
    4.1.1 ESD设计的基本概念
    4.1.2 ESD二极管设计:ESD二极管工作原理
    4.2 ESD二极管设计:阳极
    4.2.1 p+阳极扩散的宽度效应
    4.2.2 p+阳极接触
    4.2.3 p+阳极金属硅化区边缘设计
    4.2.4 p+阳极和n+阴极的隔离间距
    4.2.5 p+阳极的边端效应
    4.2.6 圆形和八边形ESD二极管设计
    4.3 ESD二极管设计:互连线
    4.3.1 并行布线设计
    4.3.2 反并行布线设计
    4.3.3 量化锥形并行和反并行布线
    4.3.4 连续锥形反并行和并行布线
    4.3.5 **馈电垂直(侧边)布线设计
    4.3.6 均匀金属宽度垂直(侧边)设计
    4.3.7 T形延伸垂直(侧边)布线
    4.3.8 键合焊盘下的金属设计
    4.4 ESD二极管设计:多晶硅界定的二极管设计
    4.5 ESD二极管结构设计: n阱二极管设计
    4.5.1 n阱二极管连线设计
    4.5.2 n阱接触密度
    4.5.3 n阱ESD设计,保护环和毗邻结构
    4.6 ESD二极管的设计:n+/p衬底二极管设计
    4.7 ESD二极管设计:二极管串
    4.7.1 ESD设计:二极管串电流-电压关系
    4.7.2 多I/O环境下的二极管串元件
    4.7.3 焊盘集成
    4.7.4 ESD设计:二极管串设计——达林顿放大器
    4.7.5 ESD设计:二极管串设计——面积比
    4.8 ESD二极管设计:三阱二极管
    4.9 ESD设计:BICMOS ESD设计
    4.9.1 高阻注入子集电极的p+/n阱二极管ESD结构
    4.9.2 采用深槽(DT)隔离结构的STI界定的p+/n阱二极管
    4.9.3 采用槽(TI)隔离结构的STI界定的p+/n阱二极管
    4.10 本章小结
    习题
    参考文献

    第5章 绝缘体上硅(SOI)ESD设计
    5.1 SOI ESD基本概念
    5.2 SOI ESD设计:带体接触的MOSFET(T形版图)
    5.3 SOI ESD设计:SOI横向二极管结构
    5.3.1 SOI横向二极管设计
    5.3.2 SOI横向二极管周长设计
    5.3.3 SOI横向二极管沟道长度设计
    5.3.4 SOI横向二极管p+/n-/n+二极管结构
    5.3.5 SOI横向二极管p+/p-/n+二极管结构
    5.3.6 SOI横向二极管p+/p-/n-/n+二极管结构
    5.3.7 无栅SOI横向p+/p-/n-/n+二极管结构
    5.3.8 SOI横向二极管结构和SOI MOSFET晕
    5.4 SOI ESD设计:掩埋电阻(BR)元件
    5.5 SOI ESD设计:SOI动态阈值电压MOSFET(DTMOS)
    5.6 SOI ESD设计:双-栅(DG)MOSFET
    5.7 SOI ESD设计:FINFET(非平面双栅)结构
    5.8 SOI ESD设计:衬底结构
    5.9 SOI ESD设计:SOI-to-BULK接触结构
    5.10 本章小结
    习题
    参考文献

    第6章 片外驱动(OCD)和ESD
    6.1 片外驱动(OCD)
    6.1.1 OCD I/O标准和ESD
    6.1.2 OCD:ESD设计基础
    6.1.3 OCD:CMOS非对称上拉/下拉
    6.1.4 OCD:CMOS对称上拉/下拉
    6.1.5 OCD:Gunning接收电路逻辑(GTL)
    6.1.6 OCD:高速收发器逻辑(HSTL)
    6.1.7 OCD:短截线串联端接逻辑(SSTL)
    6.2 片外驱动:混合电压接口
    6.3 片外驱动自偏置阱OCD网络
    6.3.1 OCD:自偏置阱OCD网络
    6.3.2 自偏置阱OCD网络的ESD保护网络
    6.4 片外驱动:可编程阻抗(PIMP)OCD网络
    6.4.1 OCD:可编程阻抗(PIMP)OCD网络
    6.4.2 针对PIMP OCD的ESD输入保护网络
    6.5 片外驱动:通用OCD
    6.6 片外驱动:门阵列OCD设计
    6.6.1 门阵列OCD ESD设计实现
    6.6.2 门阵列OCD设计:未使用元件的利用
    6.6.3 门阵列OCD设计:未使用元件的阻抗匹配
    6.6.4 OCD ESD设计:多指MOSFET上的电源轨
    6.7 片外驱动:栅调制网络
    6.7.1 OCD栅调制MOSFET ESD网络
    6.7.2 OCD简化栅调制网络
    6.8 片外驱动ESD设计:耦合与镇流技术的综合
    6.8.1 带有二极管的MOSFET 源极启动的栅自举电阻镇流多指MOSFET
    6.8.2 MOSFET源极启动栅自举电阻镇流多指MOSFET
    6.8.3 栅耦合多米诺效应电阻镇流 MOSFET
    6.9 片外驱动ESD的设计:衬底调制的电阻镇流MOSFET
    6.10 本章小结
    习题
    参考文献

    第7章 接收电路和ESD
    7.1 接收电路和ESD
    7.1.1 接收电路及其接收电路延时
    7.1.2 接收电路性能和ESD负载效应
    7.2 接收电路和ESD
    7.2.1 接收电路和HBM
    7.2.2 接收电路和CDM
    7.3 接收电路及其发展
    7.3.1 带有半通传输门的接收电路
    7.3.2 带有全通传输门的接收电路
    7.3.3 接收电路、半通传输门和保持网络
    7.3.4 接收电路、半通传输门和改进的保持器网络
    7.4 伪零VT半通传输门的接收电路
    7.5 零传输门接收电路
    7.6 泄放晶体管接收电路
    7.7 具有测试功能的接收电路
    7.8 施密特触发器反馈网络的接收电路
    7.9 双极性晶体管接收电路
    7.9.1 双极性单端接收电路
    7.9.2 双极性差分接收电路
    7.10 本章小结
    习题
    参考文献

    第8章 SOI ESD电路和设计整合
    8.1 SOI ESD设计整合
    8.1.1 SOI ESD设计相对于体CMOS ESD设计的优点
    8.1.2 SOI相对于体CMOS 在ESD设计版图上的缺点
    8.1.3 SOI设计版图:T形版图风格
    8.1.4 SOI设计版图:混合电压接口(MVI)T形版图风格
    8.2 SOI ESD设计:二极管设计
    8.3 SOI ESD二极管设计:混合电压接口(MVI)环境
    8.4 具有铝互连的SOI CPU中的SOI ESD网络
    8.5 铜(Cu)互连的SOI ESD设计
    8.6 栅电路中的SOI ESD设计
    8.7 SOI及动态阈值ESD网络
    8.8 SOI技术及各种ESD问题
    8.9 本章小结
    习题
    参考文献

    第9章 ESD电源钳位
    9.1 ESD电源钳位设计准则
    9.2 ESD电源钳位:基于二极管
    9.2.1 ESD电源钳位:串联二极管作为核心钳位
    9.2.2 ESD电源钳位:串联二极管为核心钳位——金属包层设计理念
    9.2.3 ESD电源钳位:串联二极管作为核心钳位——升压设计理念
    9.2.4 ESD电源钳位:串联二极管串作为核心钳位——悬臂设计理念
    9.2.5 ESD电源钳位:三阱串联二极管作为核心钳位
    9.2.6 ESD电源钳位:SOI串联二极管ESD电源钳位
    9.3 ESD电源钳位:基于MOSFET
    9.3.1 CMOS RC触发MOSFET ESD电源钳位
    9.3.2 混合电压接口RC触发ESD电源钳位
    9.3.3 电压触发的MOSFET ESD电源钳位
    9.3.4 改善的RC触发的MOSFET ESD电源钳位
    9.3.5 RC网络触发的MOSFET ESD电源钳位布局
    9.4 ESD电源钳位:基于双极性晶体管
    9.4.1 双极性ESD电源钳位:电压触发ESD电源钳位
    9.4.2 双极性ESD电源钳位:齐纳击穿电压触发
    9.4.3 双极性ESD电源钳位:BVCEO电压触发ESD电源钳位
    9.4.4 双极性ESD电源钳位:混合电压接口正偏电压和BVCEO击穿综合的
    双极性ESD电源钳位
    9.4.5 双极性ESD电源钳位:超低压正偏电压触发器
    9.4.6 双极性ESD电源钳位:容性触发
    9.5 ESD电源钳位:基于整流器的硅控整流器
    9.6 本章小结
    习题
    参考文献
    ……
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