ESD物理与器件

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作者简介

译者序

前言

致谢

第1章静电和热电物理学1

1.1引言1

1.2时间常数法4

1.2.1ESD时间常数4

1.2.2时间常数的层次结构8

1.2.3热学时间常数8

1.2.4热扩散8

1.2.5绝热、热扩散的时间尺度和稳定状态9

1.2.6电准静态场和磁准静态场10

1.3不稳定性11

1.3.1电气不稳定性11

1.3.2热电不稳定性12

1.3.3空间不稳定性与电流收缩14

1.4击穿17

1.4.1帕邢击穿理论17

1.4.2汤森理论17

1.4.3托普勒定律18

1.5雪崩击穿18

1.5.1空气击穿19

1.5.2空气击穿和峰值电流21

1.5.3空气击穿和上升时间22

1.5.4中等离子体和微等离子体23

1.5.5中等离子体现象23

习题24

参考文献24

第2章热电方法和ESD模型26

2.1热电方法26

2.1.1格林函数和镜像方法26

2.1.2热传导方程的积分变换29

2.1.3流势传递关系矩阵方法学32

2.1.4可变热导率热方程34

2.1.5Duhamel公式37

2.2电热模型38

2.2.1 Tasca模型38

2.2.2 Wunsch-Bell模型40

2.2.3 Smith-Littau 模型43

2.2.4 Arkhipov-Astvatsaturyan-Godovosyn-Rudenko模型45

2.2.5 Vlasov-Sinkevitch模型45

2.2.6 Dwyer-Franklin-Campbell模型45

2.2.7 Greve模型50

2.2.8 负微分电阻模型50

2.2.9 Ash模型51

2.2.10统计模型53

习题55

参考文献56

第3章半导体器件和ESD57

3.1器件物理57

3.1.1非等温仿真58

3.2二极管59

3.2.1二极管方程59

3.2.2复合和产生机制64

3.3双极型大电流器件的物理71

3.3.1双极型晶体管特性方程71

3.3.2基区扩展效应（Kirk Effect）72

3.3.3 Johnson 限制73

3.4晶闸管75

3.4.1再生反馈77

3.5电阻81

3.6MOSFET大电流器件物理84

3.6.1寄生双极型晶体管方程84

3.6.2雪崩击穿和恢复87

3.6.3不稳定和电流约束模型88

3.6.4介质击穿89

3.6.5栅致漏电（GIDL）91

习题92

参考文献92

第4章衬底和ESD97

4.1衬底分析方法97

4.2视作半无限域的衬底97

4.3采用传输矩阵方法表征层状介质的衬底99

4.4衬底传输线模型101

4.5衬底损耗的传输线模型103

4.6衬底吸收、反射和传输105

4.7衬底电气和温度离散化106

4.8衬底效应：电气传输阻抗109

4.9衬底效应：热传输阻抗111

4.10衬底温度阻抗模型113

4.10.1可变横截面模型113

4.10.2可变椭圆横截面模型115

4.10.3背面衬底集总分析模型117

4.11重掺杂衬底117

4.12轻掺杂衬底118

习题120

参考文献120

第5章阱、衬底集电极和ESD122

5.1扩散阱122

5.2倒阱及纵向调制的阱126

5.2.1倒阱126

5.2.2倒阱衬底调制129

5.2.3倒阱及ESD缩放131

5.3三阱及隔离的MOSFET134

5.4整流电阻136

5.5衬底集电极138

习题142

参考文献143

第6章隔离结构和ESD145

6.1隔离结构145

6.1.1局部氧化（LOCOS）隔离145

6.1.2局部氧化（LOCOS）界ESD结构147

6.2浅沟隔离150

6.2.1浅沟隔离下拉151

6.2.2浅沟隔离界ESD结构152

6.3深沟隔离158

6.3.1深沟保护环结构159

6.3.2深沟及闩锁160

6.3.3深沟及ESD结构160

习题161

参考文献162

第7章漏工程、自对准硅化物与ESD164

7.1结164

7.1.1突变结165

7.1.2低掺杂漏166

7.1.3扩展注入167

7.2自对准硅化物及ESD168

7.2.1自对准硅化物电阻模型169

7.2.2硅化钛170

7.2.3钛、钼金属硅化物176

7.2.4硅化钴177

习题178

参考文献179

第8章电介质与ESD181

8.1Fong和Hu模型182

8.2Lin模型184

8.3击穿电荷185

8.4临界介质厚度188

8.5ESD脉冲事件与击穿电荷介电模型189

8.6瞬时脉冲事件与击穿电荷介电模型190

8.7超薄介质192

习题193

参考文献193

第9章互连和ESD196

9.1铝互连197

9.2铜互连203

9.2.1铜通孔208

9.3低k材料和互连210

9.4抛光终止和互连215

9.5填充物和互连218

9.6铜薄膜应力和电迁移219

9.7互连故障和空洞221

9.8绝缘结构机械应力222

习题224

参考文献224

第10章绝缘体上硅（SOI）与ESD227

10.1SOI的电热模型228

10.1.1SOI电热传输线模型230

10.1.2SOI电热传输线模型级数解231

10.2SOI ESD二极管及元件232

10.2.1突变结工艺232

10.2.2外延注入工艺235

10.2.3Halo注入技术237

10.3SOI的互连线237

10.3.1铝互连线237

10.3.2SOI和铜互连238

10.3.3等比例缩放240

10.4非主流器件241

10.4.1双衬底掺杂的SOI二极管241

10.4.2栅金属未覆盖SOI二极管结构241

10.5SOI动态阈值MOSFET与ESD241

10.5.1SOI动态阈值的ESD结构242

10.6 未来的SOI 及ESD245

习题246

参考文献246

第11章硅锗与ESD249

11.1Si-Ge249

11.1.1SiGe结构249

11.1.2SiGe器件物理252

11.2SiGe ESD 测试255

11.2.1SiGe与Si的比较257

11.2.2SiGe电热模拟：集电极-发射极260

11.2.3SiGe发射器-发射极-基极260

11.3Si-Ge-C265

11.3.1Si-Ge-C器件物理265

11.4Si-Ge-C ESD测试267

11.4.1SiGeC集电极-发射极测试267

11.4.2SiGeC器件退化269

习题272

参考文献272

第12章微结构与ESD277

12.1FinFET（鳍式晶体管）277

12.2应变硅器件与ESD280

12.3纳米管与ESD283

12.4未来新器件286

习题286

参考文献286

作者简介

本书系统地介绍了静电放电（ESD）物理理论及器件设计，并给出了大量实例，将ESD理论工程化。本书主要内容有：ESD中的静电及热电物理学理论及模型，ESD用半导体器件物理及结构，ESD中衬底、阱、隔离结构，电介质、互连及SOI等相关技术及应用。

本书为作者的ESD系列专著的第一本，对于专业模拟集成电路及射频集成电路设计工程师，以及系统ESD工程师具有较高的参考价值。本书可以作为电路设计、工艺、质量、可靠性和误差分析工程师的工具书，也可以作为电子科学与技术、微电子科学与工程和集成电路设计，尤其是模拟集成电路设计及射频集成电路设计专业高年级本科生及研究生的参考书。

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