二极管与外围器件

1. 在标准 CMOS 集成电路制造工艺下，二极管主要包括（衬底二极管）和（阱二极管）两种。

2. 请画出标准 CMOS 工艺的环状结构二极管的版图示意图。

   参考答案

   

3. 请解释衬底二极管和阱二极管在集成电路中作用的区别。

   参考答案

   以 CMOS P 型衬底 N 阱工艺为例。

   • 衬底二极管只能应用于 ESD 保护中输入到负电源的保护通路。
   • 阱二极管制作在 N 阱里，如果接最高电位，将形成 ESD 保护中的输入到正电源的保护通路；如果不接最高电位，则可应用于一般电路中。

4. 请分析静电放电对 MOS 集成电路的损坏。

   参考答案

   当在栅极发生静电放电而栅极又处于浮置状态时，静电感应的电荷无法很快地泄放掉，而该氧化层又非常薄，静电感应电荷使得栅极与衬底之间会产生非常高的电场，一旦该电场强度超过栅极氧化层的击穿电压，则会发生栅极击穿导致 MOS 器件损坏。栅极氧化层被击穿后，栅极与沟道之间的电阻变得很低，而且栅极失去了对沟道电流的控制，MOS 管失效了。MOS 器件遭受静电放电后产生的破坏除了栅极击穿外，还包括 PN 结击穿。MOS 管的源和漏与衬底之间依靠 PN 结来隔离，如果静电放电发生在源或漏的 PN 结处，PN 结就可能烧毁，造成源或漏与衬底的短路，MOS 管失效。

5. 请画出静电放电保护电路示意图，并解释其工作原理。

   参考答案

   

   该静电放电保护电路的工作原理是利用二极管的正向导通、反向截止将输入电压的幅度控制在一定的范围内，从而避免高电压对内部电路的损害。

6. 电源线和地线的布线方式主要包括（环绕式）和（叉指式）两种。