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第1章 射频设计和ESD1

1.1 ESD设计的基本概念1

1.2 射频ESD的基本概念3

1.3 射频ESD的主要成果8

1.4 射频ESD的关键专利10

1.5 ESD失效机制10

1.5.1 射频CMOS ESD失效机制10

1.5.2 锗硅器件的ESD失效机制11

1.5.3 硅锗碳器件的ESD失效机制12

1.5.4 砷化镓技术ESD失效机制12

1.5.5 铟镓砷ESD失效机制12

1.5.6 射频双极型电路ESD失效机制13

1.6 射频基础13

1.7 双端口网络参数16

1.7.1 Z参数16

1.7.2 Y参数16

1.7.3 S参数16

1.7.4 T参数17

1.8 稳定性：射频设计稳定性与ESD18

1.9 器件性能退化和ESD失效19

1.9.1 ESD导致的直流参数漂移和失效标准19

1.9.2 射频参数、ESD退化以及失效标准20

1.10 射频ESD测试21

1.10.1 ESD测试模型21

1.10.2 射频最大功率失效和ESD脉冲测试方法24

1.10.3 ESD导致的射频退化和S参数评估测试方法26

1.11 ESD测试中时域反射计（TDR）和阻抗方法学28

1.11.1 时域反射（TDR）ESD测试系统评估29

1.11.2 ESD退化系统级方法——眼图测试31

1.12 产品级ESD测试和射频功能性参数失效33

1.13 组合射频和ESD TLP测试系统34

1.14 小结36

习题37

参考文献38

第2章 射频ESD设计46

2.1 ESD设计方法：理想ESD网络和射频ESD设计窗口46

2.1.1 理想ESD网络和电流-电压直流设计窗口46

2.1.2 理想ESD网络频域设计窗口47

2.2 射频ESD设计方法：线性法48

2.3 射频ESD设计：无源元件品质因数和品质因素51

2.4 射频ESD设计方法：替代法53

2.4.1 无源器件替代ESD网络器件法53

2.4.2 ESD网络元件替代为无源元件53

2.5 射频ESD设计方法：匹配网络和射频ESD网络54

2.5.1 射频ESD方法：匹配网络转换为ESD网络54

2.5.2 射频ESD方法：ESD网络转换为匹配网络56

2.6 射频ESD设计方法：电感分流器58

2.7 射频ESD设计方法：消除法60

2.7.1 品质因数和消除法60

2.7.2 电容负载的感性消除和FOM61

2.7.3 消除法和ESD电路62

2.8 射频ESD设计方法：利用LC共振的阻抗隔离技术65

2.9 射频ESD设计方法：集总与分布式负载66

2.9.1 射频ESD共面波导的分布负载67

2.9.2 利用ABCD矩阵进行射频ESD共面波导分布负载分析68

2.10 ESD射频设计综合和平面图：射频、模拟和数字综合69

2.10.1 同一区域ESD电源钳位（Power Clamp）的布置70

2.10.2 电源线的结构和ESD设计综合70

2.10.3 VDD到VSS电源线的保护71

2.10.4 VDD到模拟VDD和VDD到射频VCC的保护72

2.10.5 内部ESD保护网络72

2.11 ESD电路和射频焊盘整合73

2.12 键合线焊盘下的ESD结构74

2.13 小结76

习题77

参考文献78

第3章 射频CMOS和ESD81

3.1 射频CMOS:ESD器件比较81

3.2 圆形射频ESD器件84

3.3 射频ESD设计：ESD配线设计85

3.4 射频无源器件：ESD和肖特基势垒二极管87

3.5 射频无源器件：ESD和电感89

3.6 射频无源器件：ESD和电容92

3.6.1 金属-氧化物-半导体和金属-绝缘体-金属电容93

3.6.2 可变电容和超突变结可变电容93

3.6.3 金属-层间介质-金属电容93

3.6.4 垂直平行平面（VPP）电容94

3.7 小结95

习题95

参考文献96

第4章 射频CMOS ESD网络102

4.1 RFCMOS输入电路102

4.1.1 RFCMOS ESD二极管网络102

4.1.2 射频CMOS二极管串ESD保护网络104

4.2 RFCMOS：二极管-电感ESD网络106

4.2.1 射频电感-二极管ESD网络107

4.2.2 射频二极管-电感ESD网络108

4.3 射频CMOS阻抗隔离LC振荡器ESD网络108

4.3.1 射频CMOS LC-二极管ESD网络109

4.3.2 射频CMCS二极管-LC ESD网络109

4.3.3 射频CMOS LC-二极管网络的实验结果109

4.4 射频CMOS低噪声放大器ESD设计110

4.4.1 射频LNA ESD设计：在П形结构中的低电阻ESD电感和ESD二极管钳位元件111

4.5 射频CMOS T形线圈电感ESD输入网络114

4.6 射频CMOS分布ESD网络115

4.6.1 射频CMOS分布射频ESD网络115

4.6.2 利用串联电感和分流双二极管的射频CMOS分布射频ESD网络116

4.6.3 利用串联电感和并联分流MOSFET的射频CMOS分布射频ESD网络117

4.7 射频CMOS分布ESD网络：传输线和共面波导119

4.8 射频CMOS:ESD和射频LDMOS功率工艺121

4.9 射频CMOS ESD电源钳位123

4.9.1 RC触发MOSFET ESD电源钳位124

4.9.2 高压RC触发MOSFET ESD电源钳位125

4.9.3 电压触发MOSFET ESD电源钳位单元126

4.10 小结127

习题128

参考文献129

第5章 双极型晶体管物理特性133

5.1 双极型器件的物理特性133

5.1.1 双极型晶体管电流公式133

5.1.2 双极型器件的电流增益和集电极与发射极的电荷传输134

5.1.3 单位电流增益截止频率134

5.1.4 单位功率增益截止频率135

5.2 晶体管击穿135

5.2.1 雪崩倍增击穿135

5.2.2 双极型晶体管击穿137

5.3 KIRK效应138

5.4 John限制：晶体管的物理限制139

5.4.1 电压-频率关系139

5.4.2 Johnson电流-频率限制公式140

5.4.3 Johnson功率限制公式140

5.5 射频不稳定性：发射极崩溃141

5.6 ESD射频版图设计：发射极、基极和集电极结构146

5.7 射频ESD版图设计：第二发射极的应用（虚设发射极）148

5.8 射频ESD版图设计：发射极负载151

5.9 射频ESD版图设计：热回路和热透镜152

5.10 基极负载和射频率稳定性153

5.11 小结154

习题155

参考文献155

第6章 锗硅和ESD159

6.1 异质结和锗硅工艺159

6.1.1 SiGe HBT器件159

6.1.2 SiGe器件结构160

6.2 SiGe物理161

6.3 碳锗硅163

6.4 锗硅ESD测试165

6.4.1 SiGe集-射ESD应力165

6.4.2 SiGe HBT和Si BJT的ESD比较166

6.4.3 集-射应力的SiGe HBT电子热HBM模型仿真169

6.5 碳锗硅集-射ESD测试169

6.6 SiGe晶体管射-基设计171

6.6.1 外延基区异质结双极型晶体管（HBT）的射-基设计172

6.6.2 射-基设计RF频率性能指标173

6.6.3 SiGe HBT射-基电阻模型174

6.6.4 SiGe HBT射-基设计和硅化物放置174

6.6.5 自校准（Self-Aligned）射-基设计177

6.6.6 非自校准（Non-selfaligned）射-基设计179

6.6.7 碳锗硅ESD秀发的S参数退化185

6.6.8 射-基应力的电热仿真186

6.7 场氧（FOX）绝缘层界定的SiGe HBT的HBM数据187

6.8 SiGe HBT多发射极研究188

6.9 小结189

习题189

参考文献190

第7章 砷化镓工艺中的ESD196

7.1 砷化镓工艺与ESD196

7.2 砷化镓能量失效比和功率失效比196

7.3 有源和无源单元中的GaAs ESD失效198

7.4 GaAs HBT器件和ESD199

7.4.1 GaAs HBT器件ESD结果199

7.4.2 GaAs HBT二极管串200

7.5 GaAs基HBT的无源单元201

7.5.1 GaAs HBT集基结可变电容201

7.6 GaAs工艺的失效机制列表202

7.7 GaInAs与ESD203

7.8 磷化铟（InF）与ESD204

7.9 小结204

习题204

参考文献205

第8章 双极型晶体管接收机电路与ESD网络209

8.1 双极型晶体管接收机电路与ESD网络209

8.2 单端共射极接收机电路209

8.2.1 含直流隔离电容的单端双极型接收机210

8.2.2 含ESD保护和直流隔离电容的单端双极型接收机211

8.2.3 含反馈电路的单端双极型共发射极接收机电路211

8.2.4 含射极电阻的单端双极型共发射极接收机电路212

8.2.5 含巴伦输出的单端双极型共发射极接收机电路215

8.2.6 单端双极型共射共基接收机电路215

8.3 双极型差分接收机电路217

8.3.1 以共发射极形式连接的共射共基双极型接收机电路218

8.4 双极型晶体管ESD输入电路219

8.4.1 具有二极管结构的双极型晶体管ESD输入电路222

8.4.2 双极型晶体管ESD输入电路：基极电阻接地的双极型晶体管ESD输入电路222

8.5 双极型晶体管ESD电源钳位225

8.5.1 双极型晶体管电压触发ESD电源钳位225

8.5.2 齐纳击穿电压触发ESD电源钳位225

8.5.3 BVCEO电压触发ESD电源钳位229

8.5.4 混合电压接口正偏电压和BVCEO击穿综合的双极型ESD电源钳位233

8.5.5 超低电压正偏电压触发BiCMOS ESD电源钳位236

8.5.6 容性触发BiCMOS ESD电源钳位239

8.6 双极型ESD二极管串与三阱电源钳位240

8.7 小结240

习题241

参考文献242

第9章 射频和ESD计算机辅助设计244

9.1 射频ESD设计环境244

9.1.1 静电放电和射频共同分析设计方法244

9.1.2 ESD分级Pcell物理版图生成245

9.1.3 ESD遗传Pcell示意图生成245

9.2 利用遗传参数化单元的ESD设计246

9.2.1 分级Pcell图解方法246

9.2.2 分级Pcell电路图方法248

9.3 基于射频CMOS的分级参数化单元ESD设计251

9.4 射频BiCMOS ESD多级参数化单元252

9.4.1 BiCMOS ESD输入网络253

9.4.2 BiCMOS ESD轨到轨255

9.4.3 BiCMOS ESD电源钳位256

9.5 射频ESD设计系统的优点与缺点259

9.6 保护环p-cell方法261

9.6.1 为内部和外部闩锁现象设计的保护环261

9.6.2 保护环理论262

9.6.3 保护环设计263

9.6.4 保护环特征266

9.7 小结267

习题268

参考文献268

第10章 可替代ESD概念：片上和片外ESD保护解决方案272

10.1 火花隙272

10.2 场发射器件274

10.2.1 作为ESD保护的场发射器件274

10.2.2 GaAs工艺的场发射器件275

10.2.3 场发射器件的电子钝化效应275

10.2.4 场发射器件多发射极ESD设计275

10.2.5 场发射器件（FED）的ESD设计准则276

10.3 片外保护和片外瞬时抑制器件276

10.3.1 片外瞬时电压抑制器件（TVS）277

10.3.2 片外聚合体电压抑制（PVS）278

10.4 封装级机械ESD解决方案279

10.5 RF近距离通信芯片间的ESD设计准则280

10.6 小结281

习题281

参考文献281

名词术语284