开版第二贴 大家讨论一下GGNMOS和GCNMOS的差别和优缺点

jian1712

它们有什么不同，各自有什么优缺点？欢迎大家踊跃发言哈。

analogmind

说说自己的看法。
同样的NMOS尺寸和layout情况下，GC能比GG有更低的trigger voltage Vt1，但二者最终的snapback voltage 是一样的。但GC要增加cap，所以整个clamp的面积要增加。一种是利用NMOS自身的寄生drain-gate cap，这样不用增加面积，但cap值有限，不能及时响应更快的transient。GC的RC 常数受工艺变化影响很大， 这样不同的die之间ESD performance 会不同。 但GC的优势在于能够比GG更快地响应transient，在较短时间内进入snapback，所以对低电压device的protection中更有效。

cicixu

GC的优势在于能够比GG更快地响应transient，在较短时间内进入snapback

tjuhxz

GGNMOS由于通常面积较大，需要多finger结构，而其触发机理是由寄生NPN晶体管导通而进入snapback区域的，所以，其多finger由于基极电阻差异极可能导致不同时导通；而GCNMOS是用电压的上升时间来判断正常上电和ESD冲击的，RC具有延迟效果，所以，其NMOS不会存在多finger不同时导通的问题

soldierxfm

GGNMOS由于通常面积较大，需要多finger结构，而其触发机理是由寄生NPN晶体管导通而进入snapback区域的，所以 ...
tjuhxz 发表于 2012-10-7 16:45

                               
登录/注册后可看大图

    听说gcnmos rc 大小设置不合理，也可能引起只有表面导通，需要的面积未必更小

lanlan860207

同样的NMOS的尺寸情况下，对比GCNMOS,GGNMOS两种结构：
1）GC当然费面积，是人都知道；
2）ESD脉冲来时，GCNMOS的耦合会比GGNMOS（Cgd的寄生电容<外部加的Cap）的快，而且GCNMOS的耦合电压会高，栅极上有电压，沟道会有一定的电流流到衬底，从而较低的Vt1就能使寄生NPN开启，衬底泄放ESD.
3）但要控制好GCNMOS的Cap大小，若GCNMOS的强耦合使NMOS的栅极电压过高>Vth时，NMOS将导通，ESD2KV,等效有1.33mA的电流通过NMOS沟道泄放很容易就烧坏，故GGCNMOS需控制到尺寸！要不然效果更差！

sh_0119

个人观点如下：
esd结构分为两大类：

导通型esd结构
击穿型esd结构

导通型esd结构一定是gc，击穿型可以使gc或者是gg，

当作为导通型esd结构使用时，需要耗费大片的die size来保证能够使用沟道放电

当作为击穿型使用时，gc面积不会比gg大很多（顶多多个电阻），但其泄放能力可以是gg的几倍，具体情况和楼上的兄弟说的差不多

sunjimmy

GCNMOS 是用來改善 GGNMOS 無法 uniform turn-on 的缺點.
透過 Cgd 的 coupling 使的 GCNMOS 的gate電壓稍為提高, 可以降低 snapback trigger 電壓,
使更多的nmos finger 有機會 uniform turn-on, 進入snapback region,啟動 nmos 下寄生的 lateral BJT.排掉ESD電流.

要付出的代價是, 在進入snapback region前, 有部份的ESD current會走 NMOS gate下的surface channel,
在寄生的 lateral BJT 啟動前,  NMOS的 surface channel 必需先頂住,不可以被燒毀.

因會 surface channel 很淺,需足夠的散熱面積以避免被燒毀, 所以唯有加大 width 一途.
這也就是為何GCNMOS 一般必需使用較大size的原因.

sunjimmy

ESD耐壓要越大,就必需要有更多的 NMOS finger 進入snapback, 啟動其下的 laternal BJT 排掉 ESD 電流.
GGNMOS的缺點是 non-uniform turn-on, 只要其中一根 NMOS finger 進入 snapback region, 因為snapback region holding電壓遠較snapback trigger電壓為低, 其它的 NMOS finger 就再也進不去 snapback region. 所以如果無法解決 non-uniform turn-on 的問題, GGNMOS 再大,也無用.
(PS: 因為只有一根 NMOS finger turn-on, ESD耐壓由此根 finger決定)

jian1712

回复 10# sunjimmy
说的很不错，GCNMOS改善了GGNMOS的导通均匀性，同时使得Vt1可调，GCNNMOS主要还是靠Breakdown的特性而非导通特性。对于开启速度，在HBM下看不到差异，但是在IEC61000-4-2测试中能够看到差异，在IEC61000-4-2同等性能的GGNMOS和GCNMOS(HBM模式看到的结果)，GGNMOS的测试结果会优于GCNMOS，个人认为这个是开启速度的差异造成，因为IEC61000-4-2的上电时间是0.7-1ns, 而HBM的上电时间是2ns。或许会有另外的原因，比如GCNMOS在IEC测试时还没进入breakdown状态时，沟道就已经被烧掉了，不是没有可能。之前有过相关的测试结果，只可惜没有去做FA。

拙见而已，欢迎指正，谢谢。