近日，物理与电子科学学院金湘亮教授研究团队在国际电子器件领域顶级期刊IEEE Electron Device Letters上发表了题为“Total-Ionizing-Dose Tolerant SCR Devices with High Holding Voltage for ESD Protection”的研究论文（DOI: 10.1109/LED.2024.3477452），学院博士研究生刘煜杰为第一作者，刘小年老师和金湘亮教授为论文通讯作者。

图（a）是所设计的静电释放（ESD）保护器件PGSCR的结构剖面图，得益于并联Q_NPN2管对Q_PNP和Q_NPN1管构成的主要可控硅（SCR）静电释放路径的分流作用，该器件具有较高的维持电压，可以避免高电压电路正常工作时ESD路径的闩锁风险。图（b）是辐照前及不同总剂量辐照后（最高辐照总剂量达150 krad(Si)）器件的传输线脉冲（TLP）测试结果，TLP测试结果表明辐照后器件的失效电流没有退化，其泄漏电流始终维持在纳安量级，这个结果优于已发表的ESD器件，这表明PGSCR器件具有极强的总剂量辐射耐受性。图（c）为本工作提出PGSCR器件与行业同类型ESD保护器件在关键参数方面的对比：PGSCR器件具有高维持电压和维持电流，器件的整体优值也优于其他同类器件，该器件可以在高达150 krad(Si)的总剂量辐照后维持相同的失效电流和泄漏电流。

这项工作研究了一种具有高维持电压和强辐照耐受性的高压（HV）静电放电（ESD）器件PGSCR。该器件采用标准0.18 µm BCD工艺制造。TLP测试表明，PGSCR的保持电压为18.79 V，保持电流为3.61 A。等效人体模型保护水平高达19 kV。此外，γ射线辐照实验表明，即使在150 krad(Si) 的总电离剂量（TID）辐照下，PGSCR在ESD性能方面的退化也很小，漏电流保持在nA水平。与现有的高压ESD保护器件相比，PGSCR具有优异的面积效率、高总剂量耐受性和强抗闩锁性，这使其成为空间应用中高压ESD保护的理想器件。

这项工作得到了国家自然科学基金62204083和62174052以及湖南省自然科学基金2024JJ6322的资助。

论文信息：Yujie Liu, Ke Zhang, Yansen Liu, Xiaonian Liu and Xiangliang Jin.“Total-Ionizing-Dose Tolerant SCR Devices with High Holding Voltage for ESD Protection”,IEEE Electron Device Letters, DOI: 10.1109/LED.2024.3477452.

论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10713389 

一审：刘小年

二审：贺兵香

三审：廖洁桥