一般Fabless公司設計的芯片在工程批回來之后，都會做芯片級的ESD測試和latchup等測試，對很多客戶朋友來說，有可能對latchup稍微陌生，本篇文章將簡要介紹latchup。

latchup的中文譯名為閂鎖或閂鎖效應，要想了解清楚latchup，需要先了解MOS管的結構。

1MOS管的結構

在CMOS電路中，有NMOS 和PMOS兩種晶體管。在制作NMOS時，首先是有一個P型襯底，一般稱為P-substrate，為避免將substrate和Source混淆(因首字母一樣)，經常將P襯底稱為P-Body或P-Bulk。在P型襯底上，兩個重摻雜n區形成源端(Source)和漏端(Drain)，重摻雜的多晶硅區(簡稱poly)作為柵(Gate)，一層薄SiO2(簡稱柵氧)使柵與襯底隔離，而器件的有效作用就發生在柵氧化層的襯底區，因為襯底電位對器件特性有很大的影響，所以MOSFET是一個四端器件(即Gate、Drain、Source、Bulk)。

關于柵氧層，因為SiO2是絕緣的，所以NMOS管的輸入阻抗Rgs是無窮大，輸入電流趨近于零。現在國內發展得如火如荼的電容隔離器，隔離柵使用的絕緣介質也是SiO2。

在現代CMOS工藝中，PMOS器件做在n阱(即n-well)中，而之所以這么做，是因為在實際生產中，NMOS器件和PMOS器件必須做在同一襯底上，所有的NMOS器件都共享一個P襯底，而每一個PMOS可以處于各自獨立的N阱中。對于PMOS，源和漏重摻雜P型元素，導電載流子為空穴，柵源電壓足夠負，在氧化層-硅界面才會形成一個由空穴組成的反型層，從而為源和漏之間提供一個導電溝道，所以PMOS器件的閾值電壓通常是負的。

2latchup的形成原因

如下圖所示的NMOS和PMOS器件，會寄生出Q1 PNP管和Q2 NPN 管，從圖中可以看出，每個雙極型晶體管的基區必然與另一個晶體管的集電區相連接，而且由于n阱和p襯底均有一定的電阻，所以Q1和Q2會形成一個正反饋環路。

實際上，如果有電流注入結點X使Vx上升，則Q2的Ic2增大，那么Vy=VDD-Rwell*Ic2會減小，Vy減小會導致IC1增大，進而導致Vx進一步上升。如果環路增益≥1，這種現象會持續下去，直至兩個晶體管都完全導通，從VDD抽取很大的電流。此時稱該電路被閂鎖。

觸發閂鎖效應的起始電流可以由集成電路中的各種原因產生，例如當漏端的一個大電壓擺動，會通過容性耦合向n阱或襯底注入相當大的位移電流，從而引發閂鎖效應。

閂鎖效應通常發生在大尺寸的輸出反相器的情況下，因為在這種情況下，一是這種電路容易通過晶體管較大的漏結電容向襯底注入大電流，另外一種情況，是由于在與地相連的鍵合線上，產生相當大的瞬態電壓，通過正偏源襯二極管向襯底注入大電流。

Latchup就是閂鎖效應，它是CMOS工藝所特有的寄生效應，是指在CMOS電路中，電源VDD和地GND之間由于寄生的NPN和PNP雙極性BJT的相互影響而產生一個低阻通路，低阻通路會在電源和地之間形成大電流，可能會使芯片永久性損壞。

榮湃半導體

榮湃半導體創立于2017年，專注于高性能模擬集成電路產品的研發與設計，聚焦數字隔離器、驅動器、隔離放大器等產品系列，并廣泛應用于工業控制、新能源汽車、數字電源、智能電器等領域，致力于建立物理世界與數字世界的安全聯結。憑借自主知識產權的電容智能分壓(iDivider)技術，實現國產數字隔離芯片的突破，匠心智造不一樣的隔離好產品，用“芯”創造新價值。

原文標題：技術課堂之十二 | 淺談latchup

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審核編輯：湯梓紅