Кіріспе

MOSFET тізбектерінде пайда болатын қысқа тұйықталу. Электроникада, тұйықталу – интегралдық схемада (IC) болатын қысқа тұйықталу түрі. Нақтырақ айтқанда, бұл MOSFET тізбегінің қуат көздері арасында төмен кедергілі жолдың кездейсоқ пайда болуы, бұл бөліктің қалыпты жұмысын бұзатын паразиттік құрылымды тудырады, тіпті артық токтан оның бүлінуіне де әкелуі мүмкін. Бұл жағдайды түзету үшін қуатты қайта қосу қажет. Паразиттік құрылым әдетте тиристорға (немесе SCR) баламалы, ол PNP және NPN транзисторларынан тұратын PNPN құрылымы, олар бірімен бірі тікелей орналасқан. Тұйықталу кезінде транзисторлардың біреуі тоқ өткізгенде, екіншісі де тоқ өткізе бастайды. Олар құрылым тікелей токқа бағытталған және одан ток өткенше, әдетте қуатты өшіргенге дейін, бір-бірін толыққанды күйде ұстап тұрады. SCR паразиттік құрылымы, қақпалардың шығыс драйверлеріндегі тотемдік полюсті PMOS және NMOS транзистор жұбының бір бөлігі ретінде қалыптасады. Тұйықталу қуат көздері арасында ғана емес, қажетті паразиттік құрылым бар кез келген жерде пайда болуы мүмкін. Тұйықталудың жалпы себебі – цифрлық чиптің кіріс немесе шығыс тірегіндегі оң немесе теріс кернеудің күрт өсуі, ол рельс кернеуінен диодтық құлаудан артық болса. Тағы бір себеп – қуат көздерінің кернеуінің абсолютті максималды шегінен асып кетуі, көбінесе қуат көзіндегі уақытша қысқа мерзімді өсімнен. Бұл ішкі түйіннің бұзылуына әкеледі. Бұл көбінесе қуат қосылғанда қажетті реттілікте қосылмаған бірнеше қуат көзін пайдаланатын тізбектерде болады, нәтижесінде деректер желілеріндегі кернеулер әлі номиналды қуат көзіне жетпеген бөліктердің кіріс кернеуінің шегінен асып кетеді. Тұйықталу электростатикалық разрядтан да туындауы мүмкін. Тұйықталудың тағы бір жалпы себебі – иондаушы сәулелену, бұл ғарышқа (немесе өте биік биіктікке) арналған электрондық өнімдер үшін маңызды мәселе. Жеке оқиға тұйықталуы – бір оқиғадан туындаған тұйықталу, әдетте космостық сәулелерден немесе күн жарқылынан шыққан ауыр иондар немесе протондар. Жеке оқиға тұйықталуы (SEL) радиациялық қорғаудың бір бөлігі ретінде бірнеше өндіріс әдістерімен толық жойылуы мүмкін. Жоғары қуатты микротолқынды кедергілер де тұйықталуды тудыруы мүмкін. CMOS интегралдық тізбектер де, TTL интегралдық тізбектер де жоғары температурада тұйықталуға көбірек бейім.

CMOS-ті бекіту

Барлық CMOS интегралды схемаларында тұйықталу жолдары болады, бірақ тұйықталуға бейімділікті азайтуға бағытталған бірнеше жобалау техникалары бар. CMOS технологиясында бірқатар ішкі биполярлы қосылыс транзисторлары бар. CMOS процестерінде, бұл транзисторлар n ұңғымасы/p ұңғымасы және негіздің үйлесімі паразиттік n p n p құрылымдарын қалыптастыруға себеп болғанда мәселе тудыруы мүмкін. Осы тиристор сияқты құрылғыларды іске қосу Vdd және GND желілерінің қысқа тұйықталуына, әдетте микросхеманың бұзылуына немесе электр қуатын өшіру арқылы ғана шешілетін жүйелік қателікке әкеледі. Бірінші суреттегі n ұңғымасы құрылымын қарастырайық. n p n p құрылымы NMOS транзисторының көзі, p негізі, n ұңғымасы және PMOS транзисторының көзі арқылы қалыптасады. Схемалық эквиваленті де көрсетілген. Екі биполярлы транзистордың біреуі тікелей бағытта (құдық немесе негіз арқылы ток ағуы нәтижесінде) қоректенген кезде, ол екінші транзистордың базасын қоректендіреді. Бұл оң кері байланыс токтың күшеюіне, тізбек бұзылғанша немесе күйіп кеткенше жалғасады. CMOS тұйықталуын болдырмау үшін қазіргі кездегі стандартты техниканы 1977 жылы Hughes Aircraft компаниясы ойлап тапты.

Қалқалаудың алдын алу

NMOS және PMOS транзисторларын қоршап тұратын оқшаулағыш оксид қабатын (қазан деп аталады) қосу арқылы чиптерді тұйықталуға төзімді етуге болады. Бұл осы транзисторлар арасындағы паразиттік кремний басқарылатын түзеткіш (SCR) құрылымын жояды. Мұндай компоненттер қуат пен сигналдардың дұрыс тізбегін кепілдеуге болмайтын жағдайларда, мысалы, ыстық ауыстыру құрылғыларында маңызды. Жоғары дозаланған негіздерде өсірілген жеңіл дозаланған эпитаксиалдық қабаттарда жасалған құрылғылар да тұйықталуға аз сезімтал. Жоғары дозаланған қабат артық азшылық тасымалдаушылары тез қайта біріктірілетін ток кетіруші ретінде әрекет етеді. Көптеген кремний изоляторы құрылғылары өздерінен-өздері тұйықталуға төзімді болады. Тұйықталу – бұл ванна мен қуат көзі арасындағы төмен кедергілі қосылыс. Сондай-ақ, тұйықталудан сақтану үшін әр транзисторға жеке қосылым (тап) орнатылады. Бірақ бұл құрылғының өлшемін арттырады, сондықтан өндіріс орындары (фабтар) тапты орналастыру үшін ең аз кеңістік береді, мысалы, 130 нм технологиясында 10 мкм.

Қалқалауды сынау

EIA/JEDEC СТАНДАРТЫ IC құлыптану тесті EIA/JESD78 қараңыз. Бұл стандарт IC сапасын растау талаптарында жиі сілтеме ретінде қолданылады.