浮動式n型區域與NPN雙極性Qn1的集電極區域和PNP雙極性Qp的基極區域相對應。在對稱方向，原理圖第二部分（包括虛線以下的Qn2）表示器件另一部分的等效電路（圖1中未顯示）。除了確定保護箝位特性的基本原理圖之外，寄生PNP雙極性Qparasitic的發射極、基極和集電極分別由p型區域、浮動式NBL （H-NW） 和P型基板中的p+有效區域構成。器件采用絕緣硅片工藝制造時，雖然不必考慮Qparasitic問題，但這還是常常會對保護箝位特性造成不良影響，并在大型BCD工藝中產生不必要的基板電流。當器件采用大型工藝制造時，兩個箝位器件引腳的間距很近，這種效應會有所降低，從而形成高擊穿隔離區域，增加與器件周圍隔離保護環的間距，進而在有效縱向與橫向PNP寄生雙極性區域中產生低增益和高開路基極擊穿。

　　三、保護箝位器件特性

　　保護箝位器件根據電路I/O目標操作時的高壓內核器件設計窗口和ESD與EMI應力條件仿真相應進行優化。圖3顯示優化后雙向保護箝位器件產生的高應力下的電壓與電流瞬態響應。箝位器件顯示閉鎖電壓相似，但保持電壓存在明顯差異。這種差異源自對n+和p+有效區域“T”形及孤島陣列結構的修改。

　　當PNP（圖2中的Qp）空穴驅動動作占主導地位，即可實現針對BHEC箝位器件的高保持電壓，無需改變兩個箝位器件引腳的橫向間距。另一方面，對BEEC箝位器件而言，響應時間更快的電子驅動NPN（圖2中的Qn1）越來越占主導地位，會產生較低的保持電壓，特別適合±25 V以下工作的應用。對BHEC而言，較大的p+有效區域“T”形可為增強空穴注入和PNP動作創造條件。類似地，對BEEC箝位器件而言，“T”形n+有效區域更大，在這種情況下，可以增強電子注入和NPN動作。高魯棒性的雙向器件結構通常具有低保持電壓［3］、［4］，“T”形和孤島結構設計的目的是讓器件保持高傳導性調制，同時調整圖2等效原理圖中嵌入式雙極的增益，以實現通態響應控制。

　　圖3， 140 V極快TLP施加到受測器件時，圖1（a）和圖1（b）結構的電壓與電流波形對比。

　　BHEC箝位器件通態保持電壓高于BEEC箝位器件，因為它的發射極注入效率較低、基極瞬態時間較長、空穴載荷子移動性較低，由此產生的PNP電流增益也較低。這些結構不僅優化了器件響應，適合汽車與工業應用，還可將保護箝位器件的尺寸降至最小，適合不同的目標工作條件。

　　為了優化保持電壓特性，上電ESD與EMI應力條件也必須考慮在內。參考標準規格時，短路時8 kV ESD IEC-61000-4-2應力的雙峰值電流波形在第一和第二峰值時分別達到接近30和18.5 A，并且會在500 ns內衰減，而80 V時，85 V EMI ISO- 7637-3脈沖在峰值電流時約為11 A，衰減時間要長得多（約40 μs）。

　　圖4，圖1（a）和（b）結構的準靜態100 ns TLP雙向I–V特性。

　　圖4顯示圖1中兩個器件準靜態100 ns TLP I–V特性的對比情況。這些應用中需要考慮的高壓內核器件擊穿電壓通常在100 V范圍內，這一數值可作為參考。器件在±40 V以下的正常IC工作時會產生較低的漏電流，從而將能耗及其對電路的影響降至最低。BHEC和BEEC箝位器件均可分別實現高于±40 V和±25 V的最佳目標工作條件，同時保持惡劣工作環境下具有穩定的過應力。注意，BEEC箝位器件除了可提供±25 V以上的保持電壓外，還可提供初始高保持電流。這與其使NPN動作更具主導性而產生的應力水平相關。這一特性在箝位器件中很有用，可進一步避免正常工作時的誤觸發。片內評估能夠成功滿足電路設計性能和上電ESD和EMI魯棒性，同時保持較高的FOM比，分別滿足BHEC和BEEC箝位器件在FOM ≈ 0.15 mA/μm2和FOM ≈ 0.39 mA/μm2范圍內的高保持電壓工作［6］。

　　四、結論

　　汽車級IC中采用新型三維箝位器件來整合魯棒性。通過確定互補“T”形與孤島有效區域，以控制高電平注入再生反饋期間的電子驅動或空穴驅動電流增益，可以最佳狀態實現高保持電壓雙向閉鎖箝位。箝位器件已集成至信號調理應用，完全符合汽車級ESD與EMI要求。