СХЕМА ЗАЩИТЫ ОТ РАЗРЯДОВ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА ДЛЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ СТРУКТУРЫ МЕТАЛЛ-ОКИСЕЛ-ПОЛУПРОВОДНИК С ДВУМЯ РАВНОЗНАЧНЫМИ ВЫВОДАМИ

Полезная модель относится к электронике и предназначена для применения в полупроводниковых интегральных микросхемах на транзисторах со структурой металл-окисел-полупроводник (МОП), которые имеют два вывода одинакового назначения, например, в микросхемах контактных и бесконтактных идентификационных меток.
Для защиты выводных цепей микросхем от разрядов статического электричества известно применение МОП-транзисторов с соединенными с подложкой затворами и истоками, стоки которых подключены к защищаемым цепям. См., например, Патент США №3403270, НКИ 327/546, МКИ H03F 1/52, опубликованный 28 сентября 1968 г. [1]. Основной механизм подавления воздействия разряда статического электричества в структуре подключенного таким образом МОП-транзистора - включение паразитного биполярного транзистора. При этом происходит лавинный пробой стоковой области. Недостаток таких элементов защиты - высокое напряжение включения.
Более эффективна динамическая цепь защиты, например, описанная в Патенте США №5641984 НКИ 257/360, МКИ H01L 27/06, опубликованном 24 июня 1997 г. [2]. Цепь состоит из МОП-транзистора с соединенным с подложкой истоком, сток которого подключен к защищаемой цепи, а затвор через резистор подключен к подложке и через конденсатор - к защищаемой цепи. При воздействии статического электричества импульс проходит через конденсатор, открывая МОП-транзистор. Резистор служит для формирования закрывающего канал потенциала на затворе в нормальном режиме работы микросхемы. Защиту от менее динамичных и статических перегрузок по напряжению выполняют последовательные встречно включенные p-n переходы сток - подложка и подложка - исток в структуре МОП-транзистора.
Это решение по технической сущности наиболее близко к данной полезной модели, оно хорошо выполняет свои функции, когда разряды происходят между защищаемым выводом и выводом, связанным с подложкой. В случае использования этого решения в интегральных микросхемах с двумя равнозначными выводами, в цепь отвода тока разряда добавятся участок подложки и диод на р-n переходе сток - подложка, что несколько снижает эффективность защиты.
Недостатком данного решения в таком применении также является то, что для защиты двух выводов микросхема должна содержать два достаточно мощных МОП-транзистора, занимающих большую площадь на кристалле.
Технический результат полезной модели заключается в устранении указанных недостатков.
Технический результат достигается тем, что в схему защиты от разрядов статического электричества для интегральных микросхем структуры металл-окисел-полупроводник с двумя равнозначными выводами, содержащую МОП-транзистор с индуцированным каналом обогащенного типа с симметричной конструкцией областей стока - истока, первый из которых соединен с первым выводом микросхемы, резистор, подключенный между затвором МОП-транзистора и подложкой, первый конденсатор, через который затвор МОП-транзистора подключен к первому выводу микросхемы, дополнительно введен второй конденсатор, через который затвор МОП-транзистора подключен ко второму выводу микросхемы, а с ним соединен второй сток - исток МОП-транзистора.
Указанное выполнение устройства позволяет защитить от разрядов статического электричества оба вывода микросхемы с помощью одного МОП-транзистора.
Отличительными признаками полезной модели являются наличие второго конденсатора и выполнение электрических связей.
Полезная модель поясняется чертежом с изображением электрической схемы устройства.
Для определенности на чертеже изображен симметричный МОП-транзистор 3 с индуцированным каналом n-типа проводимости, с подложкой, связанной с общей шиной. Первый и второй сток - истоки МОП-транзистора 3 соединены с первым и вторым выводами 1 и 2 микросхемы, резистор 4, подключенный между затвором МОП-транзистора и подложкой, затвор МОП-транзистора 3 также через первый и второй конденсаторы 5 и 6 соответственно подключен к выводам 1 и 2 микросхемы.
Устройство работает следующим образом.
Воздействие положительного заряда статического электричества между выводами 1 и 2 создает фронт напряжения, прикладываемый к делителю, образуемому главным образом первым и вторым конденсаторами 5 и 6. Повышающееся напряжение среднего узла делителя, поступая на затвор МОП-транзистора 3, открывает его канал, замыкающий цепь разряда между выводами 1 и 2, не позволяющую напряжению между ними подниматься до критического уровня.
В силу симметрии схемы и конструкции МОП-транзистора 3 по отношению к выводам 1 и 2 при воздействии разряда статического электричества противоположной полярности устройство работает аналогично при взаимной перемене функций конденсаторов 5 и 6.
В отсутствии разрядов МОП-транзистор 3 имеет постоянно закрытый канал, что обеспечивает соединяющий его затвор с узлом подложки резистор 4. Сопротивление резистора 4 должно иметь достаточно большую величину, чтобы не снижать защитной эффективности устройства, В тоже время резистор 4 в данной схеме включения образует дифференциальные цепочки, соединяющие выводы 1 и 2 с затвором МОП-транзистора 3. Дифференциальные цепочки не должны пропускать на затвор возникающие при нормальной работе микросхемы положительные импульсы на выводах 1 и 2. Это условие определяет требование к верхнему значению сопротивления резистора 4 и ограничивает применения данного устройства для защиты выводов микросхем, оперирующих высокочастотными сигналами.
В структуре МОП-транзистора 3 присутствуют встречно включенные между выводами 1 и 2 диоды на р-n переходах сток - подложка и подложка - исток. При воздействии статических перенапряжений и менее динамичных, чем во время электростатических разрядов импульсных напряжений эти диоды ограничивают напряжение между выводами 1 и 2 до величины суммы напряжения на прямосмещенном р-n переходе с напряжением его же пробоя в обратном смещении.
Таким образом, устройство защищает пару равнозначных выводов микросхемы с помощью одной общей симметричной цепи.