基于NbOx的阈值开关器件的非传统工作原理及其在片上静电放电（ESD）保护中的应用

《IEEE Transactions on Device and Materials Reliability》：Non-Traditional Operational Mechanisms of NbOx-Based Threshold Switching Devices Used on on-Chip ESD Protection

本研究通过50nm氧化铌垂直结构的TLP测试及XPS、SEM分析，发现其具有snapback特性，表明IMT材料适用于芯片内ESD/EOS保护。

　　

摘要：

保护集成电路免受静电放电（ESD）的影响仍然是半导体行业中一个长期存在的挑战，这一问题受到了研究和工业界的广泛关注。为了有效地将大量ESD电流从敏感器件中导出，片上ESD保护装置需要在极短的时间内（纳秒级别）变为导电状态，然后在放电事件结束后恢复到绝缘状态。绝缘体-金属转变（IMT）材料本身就具备这种特性。然而，关于常用的IMT材料——氧化铌（NbO2）的静电放电特性，目前的研究还非常有限。在这项研究中，我们对50纳米厚的NbO2垂直结构进行了传输线脉冲（TLP）测试，并利用X射线光电子能谱、扫描电子显微镜等手段分析了其ESD特性和失效机制。实验观察到了器件在TLP测试过程中的I-V曲线回弹现象。研究结果表明，IMT材料在片上ESD/EOS防护方面具有很大的潜力。