SCR器件的开启机制的介绍

SCR器件等效电路图如5-25a所示。SCR器件包含了一个横向NPN和一个纵向PNP双极晶体管，形成了一个两端、四层PNPN（P+/N阱/P阱/N+）结构，这是CMOS工艺所固有的。SCR器件的开关电压由N阱/P阱结的雪崩击穿电压决定，其在0.25μm CMOS工艺中约为22V，在0.13μm CMOS工艺中约为18V。例如，当加到SCR阳极的正脉冲大于击穿电压，并且SCR的阴极接地，SCR内将通过雪崩击穿机制产生电子和空穴电流。空穴电流将从P阱流到接地的P+扩散，而电子电流将从N阱流到与SCR阳极连接的N+扩散。只要P阱电阻（R_pwell）[N阱电阻（R_nwell）]上的电压大于0.7V，其中的NPN（PNP）晶体管将开启，从而注入电子（空穴）电流，进一步偏置PNP（NPN）晶体管，开始SCR闩锁动作，最后，成功触发SCR开启进入到闩锁状态从而通过正反馈再生机制泄放ESD电流^[94，95]。

图5-25 a）SCR器件的等效电路图 b）CMOS工艺下的SCR器件在正、负电压偏置下的I-V特性(www.xing528.com)

SCR器件的直流I-V特性如图5-25b所示。一旦SCR触发开启，保持NPN和PNP晶体管开启所要求的保持电流将通过闩锁的正反馈再生机制产生，而不包括雪崩击穿机制。所以SCR的保持电压（V_h）可以被减小到较低的数值，一般约1.5V。当一个负电压被加到SCR结构的阳极一端时，SCR结构内部的寄生二极管（N阱/P阱结）将被正向偏置，从而将负电压钳位到较低的约1V（二极管的开启电压）。不管ESD能量是正还是负，SCR器件都可以将ESD过应力钳位到较低的电压水平，所以在CMOS IC中，SCR器件可以采用较小的面积维持最高的ESD鲁棒性。