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ESD保護(hù)二極管的PN 結(jié)結(jié)構(gòu)（如平面型、溝槽型）如何影響其ESD泄放能力？

1.平面型 PN 結(jié)：

PN結(jié)位于芯片表面，結(jié)面積易做大，可承受更大的ESD脈沖電流（如:HBM 15kV），但寄生電容較大（因結(jié)面積大），且表面易受污染物影響導(dǎo)致?lián)舸╇妷翰环€(wěn)定，適用于低頻、大電流防護(hù)場景（如:電源VBUS）

1.1 平面型 PN 結(jié)是一種通過平面工藝（如光刻、擴(kuò)散或離子注入）在半導(dǎo)體晶片表面形成的 PN 結(jié)結(jié)構(gòu)

     其核心特點(diǎn)是整個(gè)PN 結(jié)平面化地分布在硅片表面，并通過二氧化硅（SiO?）氧化層實(shí)現(xiàn)保護(hù)和隔離，這與早期的點(diǎn)接觸型或臺(tái)面型 PN 結(jié)形成鮮明對比

1.1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與制造工藝 : 平面工藝的核心步驟

• • 氧化層生長：在 N 型硅襯底表面熱生長一層二氧化硅（SiO?），作為后續(xù)工藝的掩蔽層
  • 光刻定義區(qū)域：通過光刻技術(shù)在氧化層上刻蝕出窗口，暴露出需要摻雜的區(qū)域。例如，若要形成 P 型區(qū)，需在窗口處注入或擴(kuò)散硼（B）等受主雜質(zhì)
  • 選擇性摻雜：雜質(zhì)通過擴(kuò)散或離子注入進(jìn)入暴露的硅表面，在硅片內(nèi)部形成 P 型區(qū)，與原始 N 型襯底交界處即形成 PN 結(jié)
  • 金屬電極制備：最后通過光刻和蒸鍍工藝在 P 區(qū)和 N 區(qū)表面分別沉積金屬（如鋁）電極，實(shí)現(xiàn)外部電氣連接

• • 雜質(zhì)掩蔽：未被光刻窗口暴露的氧化層可阻擋雜質(zhì)擴(kuò)散，確保 PN 結(jié)僅在目標(biāo)區(qū)域形成
  • 表面鈍化：氧化層覆蓋 PN 結(jié)表面，減少表面缺陷和漏電流，顯著提升器件穩(wěn)定性和可靠性
  • 絕緣隔離：氧化層作為天然絕緣體，可在集成電路中隔離相鄰器件，避免短路

1.1.2  其他 PN 結(jié)結(jié)構(gòu)的對比

• 臺(tái)面型 PN 結(jié)
• • 結(jié)構(gòu)：通過蝕刻形成 “臺(tái)階狀” 結(jié)構(gòu)，PN 結(jié)暴露于側(cè)面，需額外鈍化層保護(hù)
  • 優(yōu)勢：電場分布更均勻，耐壓能力強(qiáng)（可達(dá)數(shù)千伏），適用于高壓器件（如功率二極管）
  • 劣勢：工藝復(fù)雜、成本高，且因側(cè)面暴露導(dǎo)致漏電流較大
• 點(diǎn)接觸型 PN 結(jié)

• • 結(jié)構(gòu)：通過金屬絲與半導(dǎo)體表面點(diǎn)接觸形成，PN 結(jié)面積極?。ㄈ缥⒚准墸?/span>
  • 優(yōu)勢：結(jié)電容?。?1pF），適合高頻檢波或小信號處理
  • 劣勢：無法承受大電流，穩(wěn)定性較差

1.1.3 性能特點(diǎn)與應(yīng)用場景

• 性能優(yōu)勢

• • 高電流承載能力：平面型 PN 結(jié)的接觸面積大（可達(dá)平方毫米級），可通過數(shù)安培至數(shù)十安培的電流，例如快速二極管和功率整流器。
  • 低漏電流與高穩(wěn)定性：氧化層的鈍化作用顯著降低表面漏電流，長期工作可靠性高。
  • 適合大規(guī)模集成：平面工藝與集成電路制造兼容，可在同一硅片上密集排列大量 PN 結(jié)（如芯片中的二極管陣列）。

• 典型應(yīng)用

• • 整流電路：如 AC-DC 電源中的橋式整流器，利用平面型二極管的大電流能力。
  • 開關(guān)器件：在數(shù)字電路中作為高速開關(guān)，響應(yīng)速度可達(dá)納秒級。
  • 傳感器與光電器件：如平面型光電二極管，通過大面積 PN 結(jié)提高光吸收效率

2.溝槽型 PN 結(jié)：

通過深溝槽隔離技術(shù)將PN結(jié)垂直分布于芯片內(nèi)部，結(jié)邊緣電場更均勻，擊穿電壓一致性更好，且結(jié)面積可精準(zhǔn)控制，寄生電容比平面型低30%-50%（如:<0.5pF），但結(jié)面積受溝槽深度限制，電流泄放能力略弱于平面型，適用于高頻信號通路（如HDMI 2.1、DisplayPort）

2.1  結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與制造工藝

• • 氧化層生長：在N型硅襯底表面熱生長一層二氧化硅（SiO?），作為后續(xù)工藝的掩蔽層
  • 光刻定義區(qū)域：通過光刻技術(shù)在氧化層上刻蝕出窗口，暴露出需要摻雜的區(qū)域。例如，若要形成P型區(qū)，需在窗口處注入或擴(kuò)散硼（B）等受主雜質(zhì)
  • 選擇性摻雜：雜質(zhì)通過擴(kuò)散或離子注入進(jìn)入暴露的硅表面，在硅片內(nèi)部形成P型區(qū)，與原始N型襯底交界處即形成PN結(jié)
• 金屬電極制備：最后通過光刻和蒸鍍工藝在P區(qū)和N區(qū)表面分別沉積金屬（如鋁）電極，實(shí)現(xiàn)外部電氣連接

• • • 雜質(zhì)掩蔽：未被光刻窗口暴露的氧化層可阻擋雜質(zhì)擴(kuò)散，確保PN結(jié)僅在目標(biāo)區(qū)域形成
    • 表面鈍化：氧化層覆蓋PN結(jié)表面，減少表面缺陷和漏電流，顯著提升器件穩(wěn)定性和可靠性
    • 絕緣隔離：氧化層作為天然絕緣體，可在集成電路中隔離相鄰器件，避免短路

2.2 與其他PN結(jié)結(jié)構(gòu)的對比

• • 結(jié)構(gòu)：通過蝕刻形成 “臺(tái)階狀” 結(jié)構(gòu)，PN結(jié)暴露于側(cè)面，需額外鈍化層保護(hù)
  • 優(yōu)勢：電場分布更均勻，耐壓能力強(qiáng)（可達(dá)數(shù)千伏），適用于高壓器件（如功率二極管）
  • 劣勢：工藝復(fù)雜、成本高，且因側(cè)面暴露導(dǎo)致漏電流較大

• • 結(jié)構(gòu)：通過金屬絲與半導(dǎo)體表面點(diǎn)接觸形成，PN 結(jié)面積極?。ㄈ缥⒚准墸?/span>
  • 優(yōu)勢：結(jié)電容小（<1pF），適合高頻檢波或小信號處理
  • 劣勢：無法承受大電流，穩(wěn)定性較差

3.1 性能特點(diǎn)與應(yīng)用場景

• • 高電流承載能力：平面型 PN 結(jié)的接觸面積大（可達(dá)平方毫米級），可通過數(shù)安培至數(shù)十安培的電流，例如快速二極管和功率整流器
  • 低漏電流與高穩(wěn)定性：氧化層的鈍化作用顯著降低表面漏電流，長期工作可靠性高
  • 適合大規(guī)模集成：平面工藝與集成電路制造兼容，可在同一硅片上密集排列大量PN結(jié)（如芯片中的二極管陣列）

ESD 參數(shù)：https://www.www.ztby8.com/products/emsproduct/esd/index.html

ESD保護(hù)二極管的雪崩擊穿與齊納擊穿在物理機(jī)制上差異？