电路系统中的闩锁效应及其预防设计
CMOS电路中的闩锁效应的预防
CMOS电路中的闩锁效应的预防闩锁效应的抑制措施由以上分析可知，闩锁效应起因于寄生的可控硅结构，且其发生需具备一定的条件，因此只要破坏产生闩锁效应的三个基本条件或其中之一，就能有效地避免闩锁效应的发生，在实际应用中，通常可从版图和工艺等方面采取措施，消除闩锁效应的发生．常用的抑制闩锁效应的方法总结如下：版图设计考虑基本结构改进由闩锁效应发生的条件可知，可以通过降低电流增益的方法抑制闩锁。
据此，可以尽可能加大寄生晶体管的基区宽度，即增加N阱到阱外N+扩散区的距离，这样可以降低寄生晶体管的电流增益。
防止闩锁效应另外一个较好的办法是减小R S1或者R W2这两个寄生电阻。
因为这两个电阻如果为零，则PNPN结构永远不会导通。
由图l可知，R S1和R W2这两个寄生电阻的大小主要取决于寄生晶体管基极与发射极的P+区与N+区的距离。
对于简单的反相器来说，寄生晶体管基极与发射极的P+区与N+区的距离越近，其寄生电阻越小，抑制闩锁触发的特性越好。
在版图设计中，可以考虑增加寄生晶体管基极与发射极的P+区与N+区形成的衬底接触与阱接触的数目。
合理布局电源接触孔合理布局电源接触孔，可以降低横向电流密度和衬底电阻R S，减小寄生晶体管的放大倍数，同样可以达到抑制闩锁的目的。
需注意的问题如下：(1)采用接衬底的环形V SS电源线(N阱)，并尽可能将衬底背面接V SS。
(2)增加电源V SS和V DD的接触孔，并尽可能加大接触面积。
(3)N阱CMOS中接V SS的孔尽可能安排的离阱远一些，接V DD 的孔要尽可能安排在阱的所有边缘上。
同时对每一个接V SS的孔都要在相邻的阱中配以对应的V DD接触孔，并尽量使V SS和V DD的接触孔的长边相互平行。
保护环结构如图3所示，可以将N阱中的PMOS晶体管周围加上接电源的N+环，在NMOS晶体管周围加上接低电位的P+环。
这样可以使得多数载流子在衬底或阱中形成的电阻电压降在注入寄生晶体管基区之前被保护环收集，不但可以减小寄生电阻R S1和R W2阻值，还可以降低晶体管的电流增益，能够有效的防止闩锁。
闩锁效应原理及避免的方法
闩锁效应原理及避免的方法闩锁效应（Lock-in Effect）是指当一个系统受到外部信号的作用时，长时间保持在一个固定的状态，而无法根据外界信号的变化进行调整的现象。
闩锁效应在工程、物理学、生物学等多个领域中都有应用和研究，其原理和避免方法也因应用场景的不同而有所差异。
原理：闩锁效应的原理主要受到共振现象的影响。
当外界信号的频率与系统的固有频率相近时，系统容易受到外界信号的共振作用，导致系统进入一个稳定的状态。
这个稳定状态称为锁定状态，系统将保持在这个状态中，无法根据外界信号的变化进行调整。
闩锁效应可以简单地通过如下的数学模型来描述：dx/dt = αy + φ(x, y)dy/dt = αx + φ(x, y)其中，x和y分别代表系统的两个参数，α为信号强度，φ(x,y)为非线性耦合项。
通过这个模型可以看出，当α趋于无穷大时，系统将处于一个不变的状态，因此无法对外界信号做出调整。
避免方法：虽然闩锁效应在一些系统中具有实际应用价值，但在一些情况下，我们希望避免系统陷入锁定状态，以保证系统的灵活性和适应性。
以下是几种常见的避免闩锁效应的方法：1.扰动外界信号：通过对外界信号施加一个弱扰动，可以打破系统的锁定状态。
这个扰动信号可以是随机的或者周期性的，通过改变外界信号的特性，可以让系统从锁定状态中恢复。
2.超调现象：通过改变系统的控制参数，可以引入超调现象。
超调现象是指系统在受到外界信号驱动后，超过目标值，然后再回到目标值附近。
通过超调现象，可以改变系统的状态，从而避免锁定状态的发生。
3.灵活控制：通过改变系统的反馈控制机制，可以使系统对外界信号做出更加灵活的调整。
例如，可以通过改变控制的增益或者阻尼系数，使系统对外界信号的变化更加敏感，从而避免锁定状态的发生。
4.引入非线性元件：在系统中引入非线性元件可以改变系统的动力学特性。
非线性元件可以改变系统的频率响应特性，从而降低系统受到共振作用的风险，避免锁定状态的发生。
cmos集成电路闩锁效应 温德通
cmos集成电路闩锁效应温德通
CMOS集成电路闩锁效应是指在CMOS电路中因为晶体管的漏电流和电容的充放电效应而导致的电路异常工作现象。
这种效应会导致电路处于一种稳定的状态，无法响应输入信号，从而影响电路的正常工作。
为了避免闩锁效应的出现，需要采取一系列措施，如增加电路的噪声容限、减小晶体管尺寸等。
同时，还可以通过设计反相器、设计时序等方法来优化电路的结构，提高其稳定性和可靠性。
温德通是一位资深的CMOS集成电路设计专家，其在闩锁效应的解决方法方面有着深入的研究和经验。
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CMOS集成电路闩锁效应形成机理和对抗措施
CMOS集成电路闩锁效应形成机理和对抗措施CMOS（互补金属氧化物半导体）集成电路是以CMOS技术制造的集成电路的一种。
闩锁效应是指当CMOS集成电路的输入电平处于一些特定范围时，输出电平会被锁定在一些特定状态，不受输入电平的变化影响。
闩锁效应的形成机理主要涉及CMOS技术中的晶体管、电荷积聚效应和电荷泄漏。
在CMOS集成电路中，晶体管是主要的工作元件，分为N型和P型晶体管。
当输入电压达到一定水平时，N型晶体管的栅电压会高于阈值电压，导致导通。
同时，P型晶体管的栅电压会低于阈值电压，导致截止。
然而，当输入电平处于特定范围时，一个P型晶体管的输出电平可能会反向传导至一个N型晶体管的输出端。
这样，输入电平的变化不会在输出端引起电平变化，从而导致闩锁效应的形成。
此外，在CMOS技术中，电荷积聚效应是另一个导致闩锁效应的原因。
由于晶体管的栅电极电容非常小，当输入电平超过一定值时，栅电极的电荷会得到积聚。
随着电荷的积聚，晶体管的截止状态会得到巩固，使其变得更难以改变。
这也会导致闩锁效应的形成。
对于闩锁效应的对抗措施，可以从电路设计上进行优化，以减少或消除闩锁效应。
一种常用的对抗措施是增加输入电阻。
通过增加输入电阻，可以降低输入电平的变化对晶体管输出端电流的影响，从而减少闩锁效应的发生。
另一种对抗措施是使用级联电路设计。
级联电路将多个CMOS晶体管连接起来，使其共同工作。
在这种设计中，晶体管的输出电平受到多个输入电平的影响，而不是单个输入电平。
这可以减小闩锁效应的发生概率。
此外，优化电流和电压的选择也可以减小闩锁效应的影响。
通过调整电流大小和电压水平，可以减少晶体管的栅电极电荷积聚效应，从而降低闩锁效应的发生。
最后，使用更高的供电电压也是一种对抗闩锁效应的方法。
通过增大供电电压，可以提高CMOS集成电路的工作稳定性，从而降低闩锁效应的可能性。
综上所述，CMOS集成电路闩锁效应形成机理与对抗措施主要包括晶体管的工作状态、电荷积聚效应和电路设计的优化等因素。
CMOS电路结构中的闩锁效应及其防止措施研究
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闩锁效应及版图设计注意事项
版图设计级抗闩锁措施
闩锁效应的避免措施
加粗电源线和地线，合理布局电源接触孔，减小横向电流密度和串联电阻；
增加扩散区的间距，尽可能使P阱和PMOS管的区域离得远一些，如输出级的 NMOS、PMOS放在压焊块两侧。
X 端闩如CM加锁果O限 效 满S流应足管电及处阻版于>来图闩实设锁现计状R，。注态即su意。可b事形项成正Q反2馈回路，一旦正反馈回路形成0，.7此V时即使R外s界u触b发信Q 号消2失，两只触体寄发管生信仍晶体号能管消保仍失持能，导保两通持导只，通寄C，M生O晶S
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绝缘体硅外延结构（SOI）：在表层和衬底之间加入一层绝缘层，消除寄生PNPN结构，从根本上避免了闩锁效应。
I 限制电源的输出电流能力，防止电源提供电流过大，超过寄生PNPN结构导通所需的维持电流，这可以通过0.在7VCMOS的输入端或者输出
端加限流电阻来实现。
OUT
g
Rwell
外闩延锁衬 效底应O：就U将是器指T件CM制O作S在电接重路V掺中D杂在D衬电底源上VD的RD低和w掺地el杂线l 外GN延D层之中间，，降由低于R寄su生b的. NPN和PNP相互影响，形衬成底 PNPN结构，在特定条件下会产生
少数载流子保护环：P+环围绕Nwell外侧，并接GND构成空穴少子保护
VDD
环，避免PMOS的空穴注入到NMOS区；N+环围绕NMOS，并接VDD
CMOS集成电路闩锁效应形成机理和对抗措施
CMOS集成电路闩锁效应形成机理和对抗措施CMOS集成电路闩锁效应（Latch-up）是在一些特定条件下，CMOS集成电路中出现的一种运行异常现象。
它会导致电路无法正常工作，甚至损坏芯片。
对于CMOS集成电路设计和制造而言，了解闩锁效应的形成机理以及对抗措施是非常重要的。
闩锁效应的形成机理主要涉及PNPN结构的象限配置，以及局部正反馈的产生。
CMOS集成电路中的PNPN结构由n型管和p型管组成，分别对应一个npn三极管和一个pnp三极管。
当其中一种条件下，比如供电电压的波动或外部干扰信号，使得pn结上的电流增大，就会激发起正反馈作用，导致三极管一直打开或闭合，形成闩锁效应。
为了对抗闩锁效应，有以下几种常见的对策：1. 提高结深度和扩散方案：通过增加pn结的深度，增加p区和n区之间的区域，减小PNPN结构的面积和容易触发的几率。
此外，改善扩散工艺，使得掺杂浓度更加均匀，有助于减小闩锁效应的发生。
2.加强电源线对地的维护：电源线是造成闩锁效应的一个重要因素。
在设计中，可以合理布局电源线，并采用多个电源接线点，增加供电的稳定性。
此外，还可以增加电容和电感器等器件，来稳定电源线上的电压。
3.降低闩锁敏感结的肖特基二极管串联电阻：闩锁效应主要定位于肖特基二极管的连接区域。
通过加大二极管连接区域的面积，可以使得串接电阻增大，从而降低闩锁效应的发生。
4.引入集成电阻：在PNPN结周围引入集成电阻，可以通过分散电流和电压，避免PNPN结同时触发。
5.添加防护电路：在CMOS集成电路中，可以添加专门的防护电路来对抗闩锁效应。
例如，引入大功率电阻，用于消除过电压激发；引入自动重置电路，用于自动恢复正常工作。
总结来说，闩锁效应是CMOS集成电路中一种可能出现的异常现象，会导致电路无法正常工作。
为了抵御闩锁效应，可以通过加强结深度和扩散方案、提高电源线对地的维护、降低闩锁敏感结的肖特基二极管串联电阻、引入集成电阻和添加防护电路等措施来降低其发生的概率。
闩锁效应的概念
闩锁效应的概念
闩锁效应（Latch-up）是CMOS集成电路中的一种寄生效应，它可能导致电路失效甚至烧毁芯片。
闩锁效应的基本原理是在CMOS电路中，由于NMOS的有源区、P衬底、N阱、PMOS的有源区构成的n-p-n-p结构，当其中一个三极管正偏时，就会构成正反馈，形成闩锁。
这种反馈会导致电流在两个管子构成的回路中不停地被放大，从而引起芯片的闩锁效应。
为了有效抑制闩锁效应，可以采取以下几种方法：
1. 降低电源电压：减少电源电压可以降低触发闩锁效应的可能性。
2. 增加衬底和源极的接触面积：这有助于降低电阻，从而减少闩锁效应的风险。
3. 使用外延层：在硅片上生长一层低掺杂的外延层，可以有效隔离衬底和N阱，防止闩锁效应的发生。
4. 优化版图设计：合理布局NMOS和PMOS晶体管，以减少它们之间的相互作用。
5. 使用保护环：在晶体管周围设置保护环，可以吸收多余的电荷，防止闩锁效应的发生。
了解闩锁效应的原理和抑制方法对于集成电路的设计和制造至关重要，以确保电路的稳定性和可靠性。
三极管闩锁效应
三极管闩锁效应一、引言三极管是一种基本的电子器件，广泛应用于各种电子系统中。
然而，在某些特定条件下，三极管可能会表现出一种被称为"闩锁效应"的现象。
这种现象在某些应用中可能导致器件性能下降甚至损坏。
因此，理解和预防三极管闩锁效应对于电子工程师来说至关重要。
本文将对三极管闩锁效应进行详细分析，以提供对这一现象的深入理解。
二、三极管闩锁效应的原理三极管闩锁效应，也称为集电极-基极互反寄生晶体管效应，是一种特殊的三极管行为。
当三极管工作在特定的条件下时，一个寄生晶体管会启动，导致三极管的工作状态被锁定。
这种效应通常发生在高频工作条件下，当基极和集电极之间的电压超过某个阈值时，寄生晶体管会被触发。
一旦触发，它会产生一个正反馈环路，导致三极管进入闩锁状态。
三、三极管闩锁效应的影响因素1.电源电压：电源电压的变化可能会影响三极管的静态工作点，从而影响闩锁效应的发生。
2.信号频率：高频信号更容易触发闩锁效应，因为寄生元件的影响在高频时更加显著。
3.温度：温度升高会使半导体器件的性能发生变化，从而影响闩锁效应的发生。
4.制造工艺：不同工艺条件下制造的三极管可能具有不同的寄生元件参数，从而影响闩锁效应的发生。
四、三极管闩锁效应的检测与预防1.检测方法：检测三极管闩锁效应的方法包括使用示波器观察波形、测量三极管的直流和交流参数以及使用专门的测试设备进行故障诊断。
2.预防措施：预防三极管闩锁效应的措施包括合理选择工作点、降低信号频率、优化电路设计、减小供电电压的波动以及采取适当的散热措施等。
3.设计考虑：在设计电路时，应充分考虑三极管闩锁效应的影响。
可以通过合理选择三极管的类型和规格、优化布线、避免过高的工作电压和温度等方法来降低闩锁效应的风险。
4.使用注意事项：在使用三极管时，应注意避免过载和高温工作条件。
同时，应定期检查和测试电路，以确保三极管的工作状态正常，及时发现并处理潜在的闩锁效应问题。
CMOS闩锁效应及其预防
CMOS闩锁效应及其预防⏹在CMOS 电路中PMOS 和NMOS 经常作互补晶体管使用，它们相距很近，可以形成寄生可控硅结构，一旦满足触发条件，将使电路进入低压大电流的状态，这就是闩锁效应。
造成电路功能的混乱，使电路损坏。
产生闩锁效应的条件⏹ 1．环路电流增益大于1，即βnpn*βpnp >= 1 ；⏹ 2．两个BJT发射结均处于正偏；⏹ 3．电源提供的最大电流大于PNPN器件导通所需维持电流I H。
N阱CMOS工艺中的典型PNPN可控硅结构及其等效电路潜在的发射极(结)：⏹绿色标出区域是潜在的发射极(结)，当这些MOSFET作为I/O器件时，由于信号的大于VDD的overshoot，可能使PMOS的源/衬结、漏/衬结和沟道中感应的纵向PN结(这些都是纵向寄生PNP BJT的发射结)正偏而发射空穴到N阱中，接着在N阱和衬底的PN 结内建电场的驱动下，漂移进入P衬底，最终可能被横向寄生NPN BJT吸收而形成强耦合进入latch状态；同理，由于信号的小于GND的undershoot，可能使NMOS 的源/衬结、漏/衬结和沟道中感应的纵向PN结(这些都是横向寄生NPN BJT 的发射结)正偏而发射电子到P衬底中，接着在N阱和衬底的PN结内建电场的驱动下，漂移进入N阱，最终可能被纵向寄生PNP BJT吸收而形成强耦合进入latch状态。
另外还有两种情形可能向衬底或N阱注入少数载流子，一，热载流子效应；二，ESD 保护，前者可采用加大沟道长度的方法解决，后者可采用在版图中追加少数载流子保护环的方法来解决。
预防措施-一、工艺技术预防措施为了有效地降低βnpn和βpnp，提高抗自锁的能力，要注意扩散浓度的控制。
对于横向寄生PNP管，保护环是其基区的一部分，施以重掺杂可降低其βpnp ；对于纵向寄生NPN管，工艺上降低其βnpn有效的办法是采用深阱扩散，来增加基区宽度。
此外，为了降低Rw，可采用倒转阱结构，即阱的纵向杂质分布与一般扩散法相反，高浓度区在阱底；为了降低Rs，可采用N+_si上外延N-作为衬底，实验证明用此衬底制作的CMOS电路具有很高的抗自锁能力。
闩锁效应
闩锁效应闩锁效应是由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。
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。
原理分析：Q1为一垂直式PNP BJT, 基极(base)是nwell, 基极到集电极(collector)的增益可达数百倍；Q2是一侧面式的NPN BJT ，基极为P substrate ，到集电极的增益可达数十倍；Rwell 是nwell 的寄生电阻；Rsub 是substrate 电阻。
latch up闩锁效应及解决方法
latch up闩锁效应及解决方法Latch-Up 闩锁效应及解决方法什么是闩锁效应（Latch-Up）？闩锁效应是指当一个集成电路中的PNP和NPN晶体管出现可相容电流的同时导通，在正常的工作电压下会产生不可逆的低阻抗路径，导致电路不正常工作甚至损坏。
它被广泛认为是集成电路设计和制造的一个重要问题。
闩锁效应产生的原因闩锁效应通常由于以下因素之一引起：1.外部输入信号的过压或过电流；2.器件自身的极限电流和电压条件下的工作；3.环境温度异常升高。
解决闩锁效应的方法为了解决闩锁效应，以下方法是值得注意的：1.低电阻路径抑制：设计电路时，应尽量避免放置电流放大器以及驱动高电流负载的模块，以防止形成可能导致闩锁效应的低电阻路径。
2.消除剩余刻蚀物：在集成电路的制造过程中，刻蚀剩余物会使器件以非对称的方式偏离设计。
通过精确的工艺控制和清除刻蚀剩余物，可以降低发生闩锁效应的概率。
3.引入防护电路：在设计集成电路时，可以引入一些防护电路来提高电路的稳定性和可靠性。
例如，添加反向扩散电压抑制器、电压穿孔以及加强电源滤波等电路。
4.增加保护二极管：保护二极管可以用于限制输入/输出端口的电压，在电压超过额定范围时提供额外的保护。
5.优化布局设计：合理的布局布线设计可以降低电路中不同部分之间的干扰和相互作用。
如合理分配功率线和地线，降低电源噪声，减少信号交叉耦合等。
6.选择合适的元器件：选择合适的元器件可以降低闩锁效应的概率。
例如，选择高耐受电压、高抗热稳定性的元器件。
总结闩锁效应是集成电路设计和制造中常见的问题，但可以通过合理的设计和优化解决方案来减少闩锁效应的概率。
在设计过程中，我们应该密切注意闩锁效应的可能性，并采取适当的措施来解决和预防。
以上提到的方法只是一些常见的方法，实际应用中还需要根据具体情况进行综合考虑和优化。
7.特殊工艺设计：一些特殊的工艺设计可以减轻闩锁效应的影响。
例如，在CMOS工艺中使用插入电阻来限制电流，或通过加大衬底接地抑制电流流动。
CMOS集成电路闩锁效应形成机理和对抗措施
CMOS集成电路闩锁效应形成机理和对抗措施闩锁效应（latch-up effect）是CMOS集成电路中一种特殊的失效现象，会导致电路不稳定，甚至损坏。
本文将详细介绍闩锁效应的形成机理以及常见的对抗措施。
闩锁效应的形成机理主要涉及PN结的二极管效应和NPN/PNP双极晶体管的耦合效应。
在CMOS集成电路中，NMOS和PMOS晶体管的衬底(substrate)被用作补偿电源，作为N-Well和P-Well的共享基底。
当电源或信号引脚电压突然变化时，如果电源和/或输入信号在特定的电压和时间范围内达到一定临界点，会导致PN结形成二极管，在共享基底上产生电流。
这个电流可以使NPN和/或PNP双极晶体管进入饱和区，形成一对互相放大的PNP-NPN耦合结构。
该耦合结构会导致电流过大，电源过压，从而引起电路失效。
为了对抗闩锁效应，以下是一些常见的对抗措施：1.增加电源和输入信号的抗干扰能力：通过提高电源和输入信号的电压和电流噪声容忍度，减小电源和输入信号突变的可能性。
例如，可以使用滤波器来去除电源和输入信号的高频噪声。
2.增加抵抗和电感：通过在电路中加入适当的电阻和电感元件，可以减小电流过大的可能性，并提高电路的稳定性。
这些元件可以吸收和分散电流脉冲，减少电路失衡的可能性。
3.改善布局设计：通过合理的物理布局设计，将敏感的电源和输入信号线与噪声源相互分离，减少耦合效应的发生。
合理设计信号引脚和电源引脚之间的距离和对地绝缘可以有效地降低耦合效应。
4.加入保护回路：在电路中添加专门的保护回路，监测电源和输入信号的变化，及时产生控制信号进行干预，防止闩锁效应的发生。
例如，可以使用过压保护电路来监测电源电压，当电压过高时，自动切断电源。
5.提高工艺制程：对于CMOS集成电路的制程工艺，通过优化和改进，降低晶体管的漏电流和基底电流，减小闩锁效应的发生概率。
例如，可以控制硅衬底的掺杂浓度，减小串扰效应。
总之，闩锁效应是CMOS集成电路中一种常见的失效现象，会导致电路不稳定和损坏。
CMOS闩锁效应的研究及其几种预防措施
CMOS闩锁效应的研究及其几种预防措施作者：来源：《电脑知识与技术》2013年第25期摘要：目前以CMOS工艺为基础的集成电路制造方式已经成为当今集成电路产业的主导技术，但早期的CMOS电路由于无法有效预防闩锁效应而并未为人们所接受。
文章先对一个CMOS反相器以及它的工作原理进行了详细的介绍，进而在CMOS反相器的基础上对CMOS 电路中闩锁效应的产生机理做了充分的分析，提取了用于分析闩锁效应的集总器件模型，并且获得了闩锁效应的产生条件。
通过对闩锁效应内部原理的认识，我们知道对闩锁效应的抑制或者预防是完全可以做到的，这可以通过对版图设计规则和对CMOS工艺技术的改进而达到。
文章最后根据闩锁效应的产生条件给出了几种预防闩锁效应的措施。
关键词：CMOS集成电路；闩锁效应；集总器件模型；深槽隔离中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）25-5751-041 概述以CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）为基本单元的CMOS集成电路具有功耗低、抗干扰能力强和速度快的优点，已成为当今世界LSI（大规模集成电路）、VLSI （超大规模集成电路）和ULSI（甚大规模集成电路）中应用最为广泛的一种电路结构。
但在CMOS工艺刚出现的时候，它并不被集成电路制造者所采纳，原因便在于CMOS工艺会使电路中产生一寄生低阻抗通路，导致闩锁效应，从而造成电路功能紊乱甚至使电路根本无法正常工作，更有甚者会直接烧毁电路，这是唯独CMOS工艺才会有的特点。
但是目前随着科技的进步，这种效应已经可以采用很多方法（包括从版图设计和从工艺技术方面）来进行遏制甚至是加以消除，进而有助于发挥CMOS电路的各种优点，为集成电路的发展带来了极大的便利。
2 CMOS反相器电路图1为一个CMOS反相器的电路结构图，PMOS和NMOS均采用增强型，其中PMOS管的源极和衬底与电源电压VDD直接相连，NMOS管的源极和衬底与地线GND相连，PMOS 管的漏极和NMOS管的漏极相连并引出输出信号Vout，PMOS管的栅极与NMOS管的栅极相连并作为输入信号Vin。
latch up闩锁效应及解决方法
Latch Up（闩锁）效应及解决方法1. 什么是Latch Up效应？Latch Up效应是一种电子器件中的不可逆转的故障现象，当器件中的电流和电压超过其设计范围时，会导致器件处于一种持续的高电流状态，无法恢复正常工作。
这种效应通常发生在集成电路（IC）中，特别是CMOS（互补金属氧化物半导体）技术的IC中。
Latch Up效应是由于CMOS结构中的PNPN四层结构产生的。
当PNPN结构中的正向电流和反向电流同时大于一定的阈值时，就会导致PNPN结构中的PNP晶体管和NPN晶体管同时进入饱和状态，形成一个正反馈回路。
这个回路会导致电流无限增大，从而造成器件的失效。
2. Latch Up效应的原因Latch Up效应的主要原因有两个：2.1 器件内部结构CMOS器件中的PNPN结构是Latch Up效应的主要原因之一。
当器件内部的PNP晶体管和NPN晶体管同时进入饱和状态时，就会形成一个正反馈回路，导致电流无限增大。
2.2 外部环境因素外部环境因素也可以引起Latch Up效应。
例如，电压过大、电流过大、辐射、温度过高等都可能导致器件发生Latch Up效应。
3. Latch Up效应的影响Latch Up效应会导致器件失效，严重影响器件的性能和可靠性。
具体影响如下：3.1 功耗增加Latch Up效应会使器件处于高电流状态，导致功耗大大增加。
这不仅会浪费能源，还会导致器件发热严重，影响器件的工作温度范围。
3.2 逻辑错误Latch Up效应会改变器件的逻辑状态，导致器件输出错误的逻辑信号。
这会严重影响系统的正常工作。
3.3 器件损坏持续的高电流会导致器件损坏，甚至烧毁。
这不仅会造成经济损失，还会影响系统的可靠性和稳定性。
4. Latch Up效应的解决方法为了避免Latch Up效应对器件造成的影响，可以采取以下解决方法：4.1 增加阻抗通过增加器件内部的阻抗，可以限制电流的流动，从而减轻Latch Up效应的影响。
CMOS闩锁效应及其预防
CMOS闩锁效应及其预防⏹在CMOS 电路中PMOS 和NMOS 经常作互补晶体管使用，它们相距很近，可以形成寄生可控硅结构，一旦满足触发条件，将使电路进入低压大电流的状态，这就是闩锁效应。
造成电路功能的混乱，使电路损坏。
产生闩锁效应的条件⏹ 1．环路电流增益大于1，即βnpn*βpnp >= 1 ；⏹ 2．两个BJT发射结均处于正偏；⏹ 3．电源提供的最大电流大于PNPN器件导通所需维持电流I H。
N阱CMOS工艺中的典型PNPN可控硅结构及其等效电路潜在的发射极(结)：⏹绿色标出区域是潜在的发射极(结)，当这些MOSFET作为I/O器件时，由于信号的大于VDD的overshoot，可能使PMOS的源/衬结、漏/衬结和沟道中感应的纵向PN结(这些都是纵向寄生PNP BJT的发射结)正偏而发射空穴到N阱中，接着在N阱和衬底的PN 结内建电场的驱动下，漂移进入P衬底，最终可能被横向寄生NPN BJT吸收而形成强耦合进入latch状态；同理，由于信号的小于GND的undershoot，可能使NMOS 的源/衬结、漏/衬结和沟道中感应的纵向PN结(这些都是横向寄生NPN BJT 的发射结)正偏而发射电子到P衬底中，接着在N阱和衬底的PN结内建电场的驱动下，漂移进入N阱，最终可能被纵向寄生PNP BJT吸收而形成强耦合进入latch状态。
另外还有两种情形可能向衬底或N阱注入少数载流子，一，热载流子效应；二，ESD 保护，前者可采用加大沟道长度的方法解决，后者可采用在版图中追加少数载流子保护环的方法来解决。
预防措施-一、工艺技术预防措施为了有效地降低βnpn和βpnp，提高抗自锁的能力，要注意扩散浓度的控制。
对于横向寄生PNP管，保护环是其基区的一部分，施以重掺杂可降低其βpnp ；对于纵向寄生NPN管，工艺上降低其βnpn有效的办法是采用深阱扩散，来增加基区宽度。
此外，为了降低Rw，可采用倒转阱结构，即阱的纵向杂质分布与一般扩散法相反，高浓度区在阱底；为了降低Rs，可采用N+_si上外延N-作为衬底，实验证明用此衬底制作的CMOS电路具有很高的抗自锁能力。
CMOS电路结构中的闩锁效应及其防止措施
西安理工大学研究生课程论文/研究报告课程名称：器件可靠性与失效分析课程代号：050114任课教师：王彩琳题目：CMOS电路结构中的闩锁效应及其防止措施完成日期：2012 年 3月15日学科：电子科学与技术学号：1108090479姓名：孟照伟成绩：2012 年CMOS电路结构中的闩锁效应及其防止措施由于NMOS集成电路和双极型集成电路的功耗电流大，封装密度受到了很大限制，因此CMOS集成电路得到了迅速的发展。
CMOS集成电路具有功耗低、噪声容限大的优点，在给定的封装内可容纳更多的电路，目前CMOS集成电路已经成为数字电路、模拟电路以及同一芯片上构成数字、模拟组合电路的首选技术。
在当今CMOS成为VLSI关键工艺的同时，CMOS结构中的闩锁效应，则成为至关重要的问题。
随着器件尺寸的不断缩小，这个问题更加突出[1]。
闩锁效应[2](Latch—up)又称闭锁、自锁、闸流效应，这种效应是CMOS电路中固有的。
是指由于电路的输入端或输出端输入外来的噪声电压，而导致CMOS 电路结构中存在着固有的寄生双极型NPN和PNP晶体管形成晶闸管导通，所引起的从电源到地之间流过大电流的现象。
这种骤然增大的电流会将电路烧毁。
随着CMOS工艺尺寸的按比例缩小和电路延迟时间的缩短，各种引起激活的因素将会逐渐增强。
如何从加工工艺和版图设计上采取措施防止和避免闩锁效应成为至关重要的问题。
因此研究CMOS电路结构中的闩锁效应及其防止措施对于CMOS集成电路的可靠性有着十分重要的作用。
1 闩锁效应形成机理以P阱CMOS反相器为例，分析闩锁效应的产生机理[3-4]，图1是CMOS反相器的剖面图。
从图1中我们可以看出，在形成CMOS反相器结构的同时，也不可避免地产生了由寄生双极晶体管构成的PNPN器件，即可控硅(SCR)，该可控硅器件由两个横向的PNP双极型晶体管和两个纵向的NPN双极型晶体管组成，即P 沟道MOSFET的源(漏)极、N型衬底以及P阱分别为横向PNP双极晶体管LT1(LT2)的发射极、基极和集电极；N沟道MOSFET的漏(源)极、P阱及N型衬底分别为纵向NPN双极晶体管VT1(VT2)的发射极、基极及集电极，这种寄生的纵向NPN晶体管和横向的PNP晶体管通过P阱和共同的衬底耦合。
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电路系统中的闩锁效应及其预防设计
摘要：针对CMOS 集成电路的闩锁效应，围绕实际应用的电路系统中易发
生闩锁效应的几个方面进行了详细说明，提出了采用严格的上电时序、基于光
耦的电路隔离设计和热插拔模块的接口方法，可以有效地降低发生闩锁效应的
概率，从而提高电路系统的可靠性。
关键词：闩锁效应：上电时序；光耦；热
插拔
O 引言毫无疑问，基于CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 技术的集成电路是目前广泛应用的一种电路结构，其主要优点是低功耗、较佳
的噪声抑制能力、很高的输入阻抗等。
而且，CMOS 所特有的闩锁效应(latch- up)较早就引起了关注，在1997 年，EIA／JEDEC 协会就制定了一个半静态的
闩锁效应测试方法，用以测量集成电路产品的抗闩锁能力，并定义闩锁效应的
失效判定标准。
目前，公认的几个引起IC 闩锁效应的内在原因有：(1)外界
信号或者噪声干扰，一般为I／O 口处的信号翻转易使寄生NPN 与PNP 获得正
偏状态；(2)寄生三极管的电流放大系数偏大，满足βn 乘以
βp≥1；(3)衬底和阱内分布电阻分布不合理；(4)电源能提供的电流大
于等于寄生晶闸管的维持电流。
因此，在制造CMOS 集成电路时，可采用如
外延衬底、倒掺杂阱、绝缘体基硅外延技术和保护环等技术，以避免闩锁效应。
具体应用集成电路时，应避免如下情况：(1)器件I／O 管脚电压超过器件供
电电压或低于地电压；(2)信号在I／O 管脚上电压或电流变化太快；(3)器件
电源管脚上出现浪涌或跌落。
为克服具体应用时出现的闩锁效应，宋慧滨等
在功率集成电路的高低压之间做了一道接地的保护环，将闩锁触发电压提高一
个数量级；程晓洁等设计了稳压器的foldback 过流保护电路，不仅较好地保护
稳压器，降低系统损失的功耗，同时也降低了可能出现的闩锁效应概率；王源。