静电能击穿MOS管的原因解析

MOS管(金属-氧化物半导体场效应晶体管)的栅极氧化层极薄(通常只有几纳米)，输入电阻极高(可达10⁸Ω以上)，而栅源极电容极小(通常为几皮法至几十皮法)，因此极易受外界电磁场或静电感应带电。当静电电荷积累到一定程度时，会在极间形成高电压(U=Q/C)，导致氧化层击穿或金属化铝条熔断，引发栅极短路、源极开路或漏极短路等故障。 ‌

静电击穿的主要机制

‌电压型击穿‌：栅极氧化层因高电压产生针孔，导致栅源极或栅漏极短路。

‌功率型击穿‌：金属化铝条因大电流熔断，造成栅极或源极开路。 ‌

防护建议

使用齐纳稳压管或TVS管抑制瞬时高压。

运输和操作时避免静电环境，如远离高压设备、减少人员移动等。 ‌

其实MOS管一个ESD敏感器件，它本身的输入电阻很高，而栅-源极间电容又非常小，所以极易受外界电磁场或静电的感应而带电，又因在静电较强的场合难于泄放电荷，容易引起静电击穿。

静电击穿有两种方式：

一是电压型，即栅极的薄氧化层发生击穿，形成针孔，使栅极和源极间短路，或者使栅极和漏极间短路;

二是功率型，即金属化薄膜铝条被熔断，造成栅极开路或者是源极开路。

静电的基本物理特征为：

1)有吸引或排斥的力量;

2)有电场存在，与大地有电位差;

3)会产生放电电流。

这三种情形即ESD一般会对电子元件造成以下三种情形的影响：

1)元件吸附灰尘，改变线路间的阻抗，影响元件的功能和寿命;

2)因电场或电流破坏元件绝缘层和导体，使元件不能工作(完全破坏);

3)因瞬间的电场软击穿或电流产生过热，使元件受伤，虽然仍能工作，但是寿命受损。

所以ESD对MOS管的损坏可能是一，三两种情况，并不一定每次都是第二种情况。

上述这三种情况中，如果元件完全破坏，必能在生产及品质测试中被察觉而排除，影响较少。

如果元件轻微受损，在正常测试中不易被发现，在这种情形下，常会因经过多次加工，甚至已在使用时，才被发现破坏，不但检查不易，而且损失亦难以预测。静电对电子元件产生的危害不亚于严重火灾和爆炸事故的损失。

电子元件及产品在什么情况下会遭受静电破坏?

可以这么说：电子产品从生产到使用的全过程都遭受静电破坏的威胁。从器件制造到插件装焊、整机装联、包装运输直至产品应用，都在静电的威胁之下。

在整个电子产品生产过程中，每一个阶段中的每一个小步骤，静电敏感元件都可能遭受静电的影响或受到破坏，而实际上最主要而又容易疏忽的一点却是在元件的传送与运输的过程。

在这个过程中，运输因移动容易暴露在外界电场(如经过高压设备附近、工人移动频繁、车辆迅速移动等)产生静电而受到破坏，所以传送与运输过程需要特别注意，以减少损失，避免无所谓的纠纷。防护的话加齐纳稳压管保护。

现在的mos管没有那么容易被击穿，尤其是是大功率的vmos,主要是不少都有二极管保护。

vmos栅极电容大，感应不出高压。与干燥的北方不同，南方潮湿不易产生静电。还有就是现在大多数CMOS器件内部已经增加了IO口保护。但用手直接接触CMOS器件管脚不是好习惯。至少使管脚可焊性变差。

MOS管被击穿的原因及解决方案

第一、MOS管本身的输入电阻很高，而栅源极间电容又非常小，所以极易受外界电磁场或静电的感应而带电，而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压 (U=Q/C)，将管子损坏。

虽然MOS输入端有抗静电的保护措施，但仍需小心对待，在存储和运输中最好用金属容器或者导电材料包装，不要放在易产生静电高压的化工材料或化纤织物中。

组装、调试时，工具、仪表、工作台等均应良好接地。要防止操作人员的静电干扰造成的损坏，如不宜穿尼龙、化纤衣服，手或工具在接触集成块前最好先接一下地。对器件引线矫直弯曲或人工焊接时，使用的设备必须良好接地。

第二、MOS电路输入端的保护二极管，其通时电流容限一般为1mA，在可能出现过大瞬态输入电流(超过10mA)时，应串接输入保护电阻。因此应用时可选择一个内部有保护电阻的MOS管应。

还有由于保护电路吸收的瞬间能量有限，太大的瞬间信号和过高的静电电压将使保护电路失去作用。

所以焊接时电烙铁必须可靠接地，以防漏电击穿器件输入端，一般使用时，可断电后利用电烙铁的余热进行焊接，并先焊其接地管脚。

MOS是电压驱动元件，对电压很敏感，悬空的G很容易接受外部干扰使MOS导通，外部干扰信号对G-S结电容充电，这个微小的电荷可以储存很长时间。

其实MOS管一个ESD敏感器件，它本身的输入电阻很高，而栅-源极间电容又非常小，所以极易受外界电磁场或静电的感应而带电，又因在静电较强的场合难于泄放电荷，容易引起静电击穿。

静电击穿有两种方式：

一是电压型，即栅极的薄氧化层发生击穿，形成针孔，使栅极和源极间短路，或者使栅极和漏极间短路;

二是功率型，即金属化薄膜铝条被熔断，造成栅极开路或者是源极开路。

静电的基本物理特征为：

1)有吸引或排斥的力量;

2)有电场存在，与大地有电位差;

3)会产生放电电流。

这三种情形即ESD一般会对电子元件造成以下三种情形的影响：

1)元件吸附灰尘，改变线路间的阻抗，影响元件的功能和寿命;

2)因电场或电流破坏元件绝缘层和导体，使元件不能工作(完全破坏);

3)因瞬间的电场软击穿或电流产生过热，使元件受伤，虽然仍能工作，但是寿命受损。

所以ESD对MOS管的损坏可能是一，三两种情况，并不一定每次都是第二种情况。

上述这三种情况中，如果元件完全破坏，必能在生产及品质测试中被察觉而排除，影响较少。

如果元件轻微受损，在正常测试中不易被发现，在这种情形下，常会因经过多次加工，甚至已在使用时，才被发现破坏，不但检查不易，而且损失亦难以预测。静电对电子元件产生的危害不亚于严重火灾和爆炸事故的损失。

电子元件及产品在什么情况下会遭受静电破坏?

可以这么说：电子产品从生产到使用的全过程都遭受静电破坏的威胁。从器件制造到插件装焊、整机装联、包装运输直至产品应用，都在静电的威胁之下。

在整个电子产品生产过程中，每一个阶段中的每一个小步骤，静电敏感元件都可能遭受静电的影响或受到破坏，而实际上最主要而又容易疏忽的一点却是在元件的传送与运输的过程。

在这个过程中，运输因移动容易暴露在外界电场(如经过高压设备附近、工人移动频繁、车辆迅速移动等)产生静电而受到破坏，所以传送与运输过程需要特别注意，以减少损失，避免无所谓的纠纷。防护的话加齐纳稳压管保护。

现在的mos管没有那么容易被击穿，尤其是是大功率的vmos,主要是不少都有二极管保护。

vmos栅极电容大，感应不出高压。与干燥的北方不同，南方潮湿不易产生静电。还有就是现在大多数CMOS器件内部已经增加了IO口保护。但用手直接接触CMOS器件管脚不是好习惯。至少使管脚可焊性变差。

MOS管被击穿的原因及解决方案

第一、MOS管本身的输入电阻很高，而栅源极间电容又非常小，所以极易受外界电磁场或静电的感应而带电，而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压 (U=Q/C)，将管子损坏。

虽然MOS输入端有抗静电的保护措施，但仍需小心对待，在存储和运输中最好用金属容器或者导电材料包装，不要放在易产生静电高压的化工材料或化纤织物中。

组装、调试时，工具、仪表、工作台等均应良好接地。要防止操作人员的静电干扰造成的损坏，如不宜穿尼龙、化纤衣服，手或工具在接触集成块前最好先接一下地。对器件引线矫直弯曲或人工焊接时，使用的设备必须良好接地。

第二、MOS电路输入端的保护二极管，其通时电流容限一般为1mA，在可能出现过大瞬态输入电流(超过10mA)时，应串接输入保护电阻。因此应用时可选择一个内部有保护电阻的MOS管应。

还有由于保护电路吸收的瞬间能量有限，太大的瞬间信号和过高的静电电压将使保护电路失去作用。

所以焊接时电烙铁必须可靠接地，以防漏电击穿器件输入端，一般使用时，可断电后利用电烙铁的余热进行焊接，并先焊其接地管脚。

MOS是电压驱动元件，对电压很敏感，悬空的G很容易接受外部干扰使MOS导通，外部干扰信号对G-S结电容充电，这个微小的电荷可以储存很长时间。

MOS击穿有两种类型：

反向击穿(Reverse Bias Breakdown)：当在MOS管的栅极和源/漏极之间施加反向电压时，电场强度可能足够大，使氧化层内的电子能够穿越氧化层，形成导通通道，导致漏电流增加。

通道击穿(Channel Punchthrough)：当在MOS管的源和漏极之间施加足够高的正向电压时，电场强度也可能足够大，使氧化层内的电子能够穿越氧化层，连接源和漏极，短路了通道，导致漏电流增加。

防止MOS击穿，可以采取一些措施：

增加氧化层厚度：增加氧化层的厚度可以提高击穿电压，降低击穿的风险。但这会导致设备性能的牺牲，因为更厚的氧化层会减小栅极控制通道的效率。

使用防击穿设计：现代MOS器件通常使用防击穿设计，包括使用特殊的结构和材料，以提高抗击穿能力。

静电保护器件：GS电阻(Gate-Source Resistor)可以用于保护MOS管免受静电击穿的影响。

GS电阻将栅极与源极之间连接，通过限制栅极电压上升速度来降低静电放电的影响。这有助于减轻静电击穿风险，但也可能会影响设备的性能。

MOS管静电击穿原因

静电击穿通常是由于静电放电过程中产生的高电压和高电流引起的。

常见的MOS管静电击穿原因：

人体静电放电：当人体带有静电电荷并接触到MOS管时，静电放电可能会产生高峰值电流和电压，超过了MOS管的耐压能力，导致击穿。

器件之间或器件与其他物体之间的电荷传递：在电子装置的组装、维修或运输过程中，如果静电电荷从一个器件传递到另一个器件或者与其他物体相互作用，就会导致MOS管遭受静电击穿。

电磁波和雷击等外部因素：强烈的电磁波辐射、雷击等外部因素也可能导致MOS管静电击穿。这些因素会产生高能量的干扰信号，对MOS管造成损害。

MOS管静电击穿解决方案

静电保护装置：在电路设计中加入静电保护装置是减轻静电击穿风险的重要措施。这些装置可以包括二极管、电阻、避雷器等，用于吸收和分散静电放电过程中的电流和电压。

防静电处理：在制造、组装和维修过程中，可以采取一系列防静电措施来减少静电放电风险。例如，使用防静电工作台、防静电手套、防静电包装材料等，并且合理地进行人员培训和操作指导。

电路设计优化：在电路设计中，可以考虑采用抗静电放电的元件和结构。例如，通过增加器件的耐压能力、减小电流路径的长度、添加电容、使用屏蔽技术等方式来提高系统的静电抵抗能力。

合理的设备放置和运输：在设备放置和运输过程中，应注意避免静电产生、积聚和传递。合理安排设备之间的距离，使用防静电包装材料，并确保设备周围环境的湿度和温度符合要求。

MOS管的基础保护机制

► 栅源下拉电阻的重要性

MOS管，作为电压驱动元件，对电压的微小变化极为敏感。在试验中，若MOS管的栅极(G)悬空，它很容易受到外部干扰而导通，这是因为外部干扰信号会对G-S结电容进行充电，而这个电荷能长时间储存。为了避免这种情况，通常会在栅极接一个下拉电阻到地，以旁路干扰信号，一般推荐使用10~20K的电阻，这个电阻被称为栅极电阻。

栅源下拉电阻在MOS管中扮演着两个关键角色：一是为场效应管提供偏置电压;二是起到泻放电阻的作用，保护栅极G和源极S。第一个作用相对直观，而第二个作用则涉及一些物理原理。由于场效应管的G-S极间电阻值很大，少量的静电就能在其等效电容两端产生高压。若不及时泻放这些静电，高压可能引发场效应管的误动作，甚至可能击穿其G-S极。此时，栅极与源极间的电阻便能发挥其泻放静电的作用，从而有效保护场效应管。

02MOS管被击穿的原因与预防措施

► 外界干扰的影响与存储运输保护措施

首先，MOS管因其高输入电阻和极小的栅源极间电容，导致其极易受到外界电磁场或静电的影响而带电。少量的电荷就能在极间电容上产生高电压(U=Q/C)，从而可能损坏管子。尽管MOS输入端配备了抗静电保护措施，但仍然需要谨慎处理。在存储和运输过程中，建议使用金属容器或导电材料进行包装，以避免置于易产生静电高压的化工材料或化纤织物中。此外，在组装和调试时，应确保工具、仪表以及工作台都良好接地，以防止操作人员因静电干扰而导致的损坏。例如，操作时应避免穿着尼龙、化纤衣物，手或工具在接触集成块前应先接地。同时，在进行器件引线矫直、弯曲或人工焊接时，务必确保使用的设备已良好接地。

► 输入端保护策略

第二：针对MOS电路输入端的保护二极管，其设计时已考虑到一定的电流容限，通常为1mA。然而，在面临可能超过10mA的过大瞬态输入电流时，为确保安全，建议串接输入保护电阻。因此，在选择时，可以考虑采用内部已集成保护电阻的MOS管。同时，需注意保护电路所能吸收的瞬间能量是有限的，过大的瞬间信号或过高的静电电压可能会使保护电路失效。所以在焊接过程中，电烙铁必须确保可靠接地，以防止漏电击穿器件的输入端。通常，建议断电后利用电烙铁的余热进行焊接，并首先焊接接地管脚。