3.15. Необходимые предосторожности в обращении с МОП - транзисторами
Затвор МОП - транзистора изолирован от канала слоем стекла (Si02) толщиной в несколько тысяч ангстрем A Á = 0,1 нм). В результате мы имеем очень высокое сопротивление, но не имеем резистивной или полупроводниковой цепи для стока заряда статического электричества по мере его накопления. В классической ситуации вы берете МОП - транзистор (или МОП - транзисторную ИМС) в руку, подходите к схеме, вставляете устройство в разъем, включаете питание, и все это только для того, чтобы обнаружить - МОП - транзистор мертв. А убили его вы сами! Вам следовало взяться другой рукой за печатную схему, прежде чем вставлять в нее устройство. Таким образом был бы снят ваш статический заряд, который зимой может достигать нескольких тысяч вольт. МОП - транзистор не любит, когда его «стукает током». Как проводник статического электричества вы представляете собой последовательное соединение конденсатора 100 пФ и резистора около 1,5 кОм: зимой этот конденсатор может зарядиться до 10 кВ и более от трения подошв о пушистый ковер (даже простое движение руки в рукаве рубашки или свитера может дать напряжение в несколько киловольт; см. табл. 3.7).
| Механизм | Электростатическое напряжение, В | |
|---|---|---|
| Влажность 10 - 20% | Влажность 65 - 90% | |
| Ходьба по ковру | 35 000 | 1 500 |
| Ходьба по линолиуму | 12 000 | 250 |
| Работа на электромонтажном столе | 6 000 | 100 |
| Одевание кембриковых трубок | 7 000 | 600 |
| Пластиковые пакеты | 20 000 | 1 200 |
| Работа на стуле с обтяжкой | 18 000 | 1 500 |
Таблица 3.7. Типичные значения электростатического напряжения (по данным из справочника фирмы Motorola по мощным МОП - транзисторам)
Хотя любое полупроводниковое устройство можно вывести из строя хорошей искрой, однако устройства на МОП - транзисторах особенно чувствительны к пробою, поскольку энергия, запасаемая в емкости затвор - канал, при достижении напряжения пробоя становится достаточной для того, чтобы пробить отверстие в тонком слое изоляции затвора. (Если эта искра проскакивает от вашего пальца, то ваши 100 пФ лишь вносят дополнительный вклад в этот процесс.) Рис. 3.76 (взятый из серии тестовых испытаний мощного МОП-транзистора на стойкость к электростатическому разряду) показывает, какого рода неприятности могут произойти. Назвать это «пробоем затвоpa» было бы ошибкой; ближе к получаемой картине будет выразительный термин «прободение».
Рис. 3.76. Сканирующая электронная микрофотография высокого разрешения (х 1200) 6 - амперного МОП - транзистора, разрушенного зарядом в 1 кВ, от «эквивалента человеческого тела» 1.5 кОм. выключенного последовательно с емкостью 100 пФ), приложенного к его затвору. (С разрешения фирмы Motorola, Inc.).
В электронной промышленности проблема электростатического разряда стоит очень серьезно. Возможно, она является лидирующей среди причин, по которым на выходе линии сборки появляются неработоспособные полупроводниковые устройства. На данную тему написаны целые книги, и вы может с ними ознакомиться. МОП - приборы, так же как и другие чувствительные к электростатике полупроводниковые устройства (а сюда относятся почти все они; например, всего в 10 раз большее, чем МОП - транзистором напряжение выдерживает биполярный транзистор), можно перевозить в проводящей фольге или упаковке. Следует также быть осторожными при работе с паяльником и т. д. Лучше всего заземлять корпуса паяльников, крышки столов и т.п., а также пользоваться проводящим браслетом. Кроме того, можно использовать «антистатические» покрытие пола, обивку мебели и даже одежду (например - антистатический халат из ткани, содержащей 2% стального волокна). Хорошая организация рабочего помещения и процесса производства включает регулировку влажности, применение оизаторов воздуха (которые делают воздух в слабой степени электропроводным, что препятствует накоплению зарядов на предметах) а также обученный персонал. Если этого нет, то зимой степень выхода годных изделий катастрофически падает.
Как только устройство впаяно на свое место в схеме, шансы на его повреждение резко падают, тем более что многие МОП - транзисторные устройства (такие, например, как логические КМОП - устройства, но не мощные МОП - транзисторы) имеют предохранительные диоды во входных цепях затворов. Хотя цепи внутренней защиты, состоящие из резисторов и обратно включенных (иногда зенеровских) диодов, несколько ухудшают параметры, часто их все же надо применять для уменьшения риска повреждения статическим электричеством. В случае незащищенных устройств, например мощных МОП - транзисторов, устройства с малой площадью затвора (слаботочные) подвергаются наибольшей опасности повреждения, поскольку их малая входная емкость легко заряжается до высокого напряжения, когда она входит в контакт с заряженной емкостью человека 100 пФ. Наш собственный опыт работы с МОП - транзистором VN13. имеющим малую площадь затвора, был настолько удручающим, что мы больше не используем его в промышленных разработках.
Трудно переоценить проблему повреждения затвора МОП - транзистора вследствие его пробоя статическим электричеством. К счастью, разработчики МОП - транзисторов осознают серьезность этой проблемы и отвечают на нее новыми разработками с более высоким напряжением пробоя затвор-исток. Например, фирма Motorola выпустила новую серию «ТМОП IV» с напряжением пробоя затвор-исток ±50 В.