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ESD保護二極管的PN 結(jie)結(jie)構(gou)（如平(ping)面型、溝槽型）如何(he)影(ying)響(xiang)其ESD泄放能力？

1.平面型 PN 結(jie)：

PN結位于(yu)芯片表面(mian)，結面(mian)積易(yi)做大(da)(da)，可承(cheng)受更大(da)(da)的ESD脈沖電(dian)流（如:HBM 15kV），但寄生電(dian)容較大(da)(da)（因結面(mian)積大(da)(da)），且表面(mian)易(yi)受污染物影響導(dao)致擊(ji)穿電(dian)壓不穩定，適用于(yu)低頻、大(da)(da)電(dian)流防護場(chang)景（如:電(dian)源VBUS）

1.1 平面型 PN 結是一(yi)種通過平面工藝（如光刻、擴(kuo)散(san)或離子注(zhu)入）在(zai)半導體晶片表(biao)面形成的 PN 結結構

     其(qi)核心特點是(shi)整個(ge)PN 結平(ping)面(mian)化地分(fen)布在硅片表面(mian)，并通過二(er)氧(yang)化硅（SiO?）氧(yang)化層(ceng)實現保護和隔(ge)離，這與(yu)早期的點接觸型(xing)或臺面型(xing) PN 結(jie)形(xing)成鮮明(ming)對比

1.1.1 結構特點與制造工藝 : 平(ping)面工藝的核(he)心步驟

• • 氧化(hua)層生長：在 N 型硅襯底表面熱生長一層二氧化硅（SiO?），作為后續工藝的掩蔽層
  • 光刻(ke)定義區域：通過光刻技術在氧化層上刻蝕出窗口，暴露出需要摻雜的區域。例如，若要形成 P 型區，需在窗口處注入或擴散硼（B）等受主雜質
  • 選擇性摻雜：雜質通過擴散或離子注入進入暴露的硅表面，在硅片內部形成 P 型區，與原始 N 型襯底交界處即形成 PN 結
  • 金(jin)屬電極(ji)制備：最后通過光刻和蒸鍍工藝在 P 區和 N 區表面分別沉積金屬（如鋁）電極，實現外部電氣連接

• • 雜質掩蔽：未被光刻窗口暴露的氧化層可阻擋雜質擴散，確保 PN 結僅在目標區域形成
  • 表(biao)面鈍(dun)化：氧化層覆蓋 PN 結表面，減少表面缺陷和漏電流，顯著提升器件穩定性和可靠性
  • 絕(jue)緣(yuan)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(qi)他 PN 結(jie)結(jie)構的對(dui)比

• 臺面型 PN 結
• • 結(jie)構：通過蝕刻形成 “臺階狀” 結(jie)構，PN 結(jie)暴露于側面，需額外鈍化(hua)層保(bao)護
  • 優勢(shi)：電場(chang)分布(bu)更均勻，耐壓能(neng)力強（可達數(shu)千伏），適用于高壓器件（如功(gong)率二極管）
  • 劣勢：工藝(yi)復雜(za)、成本高，且因側面暴露導致漏電(dian)流較大
• 點(dian)接觸(chu)型 PN 結(jie)

• • 結構：通過金屬(shu)絲與半導體表(biao)面(mian)點接觸形(xing)成，PN 結面(mian)積(ji)極小(xiao)（如(ru)微米級）
  • 優勢：結電容小（<1pF），適合高頻檢波或小信號處理
  • 劣勢：無法承受大電流，穩定性較(jiao)差

1.1.3 性能特點與應用場景(jing)

• 性能優勢

• • 高電流承載能(neng)力：平面型 PN 結的接觸面積大（可達平方毫米級），可通過數安培至數十安培的電流，例如快速二極管和功率整流器。
  • 低漏電(dian)流與高(gao)穩定性：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(shi)合大(da)規模(mo)集成(cheng)：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（如芯片中的二極管陣列）。

• 典型應用

• • 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(guan)器件：在數字電路中作為高速開關，響應速度可達納秒級。
  • 傳感器與光(guang)電器件(jian)：如平面型光電二極管，通過大面積 PN 結提高光吸收效率

2.溝(gou)槽型 PN 結(jie)：

通過深溝槽隔離技術將PN結垂直分布于芯片內部，結邊緣電場更均勻，擊穿電壓一致性更好，且結面積可精準控制，寄生電容比平面型低30%-50%（如:<0.5pF），但結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  結構特點與制造工藝(yi)

• • 氧(yang)化(hua)層生長：在N型硅襯底表面熱生長一層二氧化硅（SiO?），作為后續工藝的掩蔽層
  • 光刻定義(yi)區域：通過光刻技術在氧化層上刻蝕出窗口，暴露出需要摻雜的區域。例如，若要形成P型區，需在窗口處注入或擴散硼（B）等受主雜質
  • 選擇性摻(chan)雜：雜質通過擴散或離子注入進入暴露的硅表面，在硅片內部形成P型區，與原始N型襯底交界處即形成PN結
• 金屬電(dian)極制(zhi)備：最后通過光刻和蒸鍍工藝在P區和N區表面分別沉積金屬（如鋁）電極，實現外部電氣連接

• • • 雜質掩蔽(bi)：未被光刻窗口暴露的氧化層可阻擋雜質擴散，確保PN結僅在目標區域形成
    • 表面鈍化：氧化層覆蓋PN結表面，減少表面缺陷和漏電流，顯著提升器件穩定性和可靠性
    • 絕緣(yuan)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結結構(gou)的對比(bi)

• • 結構(gou)：通過蝕刻形(xing)成 “臺(tai)階狀” 結構(gou)，PN結暴露(lu)于側面，需額外鈍化層保(bao)護
  • 優勢：電場分布更均勻，耐(nai)壓能(neng)力強(qiang)（可(ke)達(da)數千伏(fu)），適用于高(gao)壓器件（如功率二極(ji)管）
  • 劣勢：工藝復(fu)雜(za)、成本高，且(qie)因側面暴(bao)露導致漏電流較大(da)

• • 結構：通過金屬絲與半導體表面(mian)點接觸形(xing)成，PN 結面(mian)積極(ji)小（如微(wei)米級）
  • 優勢：結電容小（<1pF），適合高頻檢波或小信號處理
  • 劣勢：無(wu)法承受大電流，穩定性較差

3.1 性能特點與應用場景

• • 高(gao)電流承載(zai)能力：平面型 PN 結的接觸面積大（可達平方毫米級），可通過數安培至數十安培的電流，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
  • 適合大規模集成(cheng)：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（如芯片中的二極管陣列）

ESD 參數(shu)：//yxgc.net/products/emsproduct/esd/index.html

ESD保護二極管的雪崩擊(ji)穿(chuan)與齊納擊(ji)穿(chuan)在物(wu)理機制上差異(yi)？