GGNMOS(grounded-gate NMOS)ESD保护结构原理说明

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GGNMOS（grounded-gate NMOS）ESD保

护结构原理说明

在早期的ESD 保护方案中，这种反接在电源间的diode 结构被广泛应用。

正向连接的diode 可以更好的处理大电流传输，但由于其较低的正向启动点压

（6.5V），这样就限制了其在较高电源电平的电路中的应用。多极串联diode（正

向或者反向）可以解决这个问题，但是，同时由于其阻抗的增加减弱了其电流处

理能力。用大尺寸的diode 提高ESD 保护性能的同时会产生更多的寄生效应。

目前I/O 中还添加了应用广泛的ggNMOS（grounded-gate NMOS）ESD 保

护结构，Drain 端接至PAD，Gate 端接至电源地。ESD 保护利用其寄生的NPN

三极管，形成一个低阻抗的放电通路，以此来保护IC 的内部电路。

如下图所示

GGNMOS静电保护的工作原理

GGNMOS 的剖面结构如下

当PAD 端聚集大量的负电荷时，通过Drain 端与P-substrate 之间的PN 结，

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电荷由 B 端泻放到GND。

当PAD 端聚集大量的正电荷时，利用的是寄生的三极管。寄生三极管的启

动原理如下说明。

1、大量的正电荷聚集在Drain 端，一定的正电荷通过Drain 和P-substrate

之间反偏的PN 结转移至Psubstrate，这部分正电荷聚集到同为P 型材

料的 B 端，转移到GND。

如下图所示

2、3、聚集到 B 端的正电荷，使得与Source 端的PN 结导通，由此导通寄生的三极管。如下图所示

寄生的三极管被打开，大量的正电荷通过Gate 下面的区域迅速由Drain 端转移到Source 端。聚集的正电荷得以快速的泻放到地。

如下图所示

在GGNMOS 结构的ESD 保护中，器件的的不均匀性将影响到其性能，在layout

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的时候需要充分考虑到这个问题，同时可对器件进行改进，增加Drain 端的宽度，在电路中相当于添加小电阻，减小电流，提高其均匀性。

GGPMOS 的工作原理可由此类推。

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