閂鎖效應(yīng)（Latch-up）原理及其抑制方法解析

一、閂鎖效應(yīng)：實際上是由于CMOS電路中基極和集電極相互連接的兩個BJT管子(下圖中，側(cè)面式NPN和垂直式PNP)的回路放大作用形成的，在兩個管子的電流放大系數(shù)均大于1時，電流在這兩個管子構(gòu)成的回路中不停地被放大，從而導(dǎo)致管子承受的電流過大而燒毀芯片的一種現(xiàn)象。

二、閂鎖效應(yīng)的原理分析：

狀態(tài)一：假設(shè)在N阱或者Psub中由于外界的原因產(chǎn)生了載流子注入，電流分別為In和Ip, 且InR_nwell=0.6，IpR_psub=0.6(假設(shè)PN結(jié)的導(dǎo)通電壓<0.6)。

狀態(tài)二：在所設(shè)壓降下，PNP的基極電位為1.2V, 集電極電位為0.6V, NPN的基極電位為0.6V, 集電極電位為1.2V，此時PNP和NPN的發(fā)射結(jié)都正偏, 集電結(jié)都反偏。從而兩個BJT管子可進(jìn)行電流放大，PNP產(chǎn)生了基極電流Ib1, 則集電極電流IC1=β1Ib1, NPN產(chǎn)生了基極電流Ib2, 則集電極電流IC2=β2Ib2。

在近似狀態(tài)下，Ib1=β2Ib2，Ib2=β1Ib1，因此在后面的循環(huán)中，NPN的集電極電流作為PNP新的基極電流進(jìn)行電流放大，PNP的集電極電流作為NPN新的基極電流進(jìn)行放大。多次循環(huán)之后，電流會被持續(xù)放大。

三、閂鎖效應(yīng)的抑制方法（部分方法）：

1.拉開NMOS和PMOS的間距：破壞電流循環(huán)中的一環(huán)，使側(cè)面式NPN BJT管子的基區(qū)變厚，載流子的收集變的困難，很難進(jìn)行電流的放大。

2.使用Guard ring，襯底電位接出的部分采用環(huán)形繞線: 降低VDD和Vss的導(dǎo)通電阻，也即降低Rwell和Rsub的阻值，防止BJT的基極和集電極電位相等，破壞BJT導(dǎo)通的條件。

3.Substrate contact和well contact應(yīng)盡量靠近source: 縮短了Rwell和Rsub的電阻的長度，減小了其電阻值。