闩锁效应（Latch-up）原理及其抑制方法解析

一、闩锁效应：实际上是由于CMOS电路中基极和集电极相互连接的两个BJT管子(下图中，侧面式NPN和垂直式PNP)的回路放大作用形成的，在两个管子的电流放大系数均大于1时，电流在这两个管子构成的回路中不停地被放大，从而导致管子承受的电流过大而烧毁芯片的一种现象。

二、闩锁效应的原理分析：

状态一：假设在N阱或者Psub中由于外界的原因产生了载流子注入，电流分别为In和Ip, 且InR_nwell=0.6，IpR_psub=0.6(假设PN结的导通电压<0.6)。

状态二：在所设压降下，PNP的基极电位为1.2V, 集电极电位为0.6V, NPN的基极电位为0.6V, 集电极电位为1.2V，此时PNP和NPN的发射结都正偏, 集电结都反偏。从而两个BJT管子可进行电流放大，PNP产生了基极电流Ib1, 则集电极电流IC1=β1Ib1, NPN产生了基极电流Ib2, 则集电极电流IC2=β2Ib2。

在近似状态下，Ib1=β2Ib2，Ib2=β1Ib1，因此在后面的循环中，NPN的集电极电流作为PNP新的基极电流进行电流放大，PNP的集电极电流作为NPN新的基极电流进行放大。多次循环之后，电流会被持续放大。

三、闩锁效应的抑制方法（部分方法）：

1.拉开NMOS和PMOS的间距：破坏电流循环中的一环，使侧面式NPN BJT管子的基区变厚，载流子的收集变的困难，很难进行电流的放大。

2.使用Guard ring，衬底电位接出的部分采用环形绕线: 降低VDD和Vss的导通电阻，也即降低Rwell和Rsub的阻值，防止BJT的基极和集电极电位相等，破坏BJT导通的条件。

3.Substrate contact和well contact应尽量靠近source: 缩短了Rwell和Rsub的电阻的长度，减小了其电阻值。