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ESD二極管究竟是什么？

ESD是代表英文Electrostatic Discharge即“靜電放電”的意思。ESD是本世紀(jì)中期以來形成的以研究靜電的產(chǎn)生與衰減、靜電放電模型、靜電放電效應(yīng)如電流熱(火花)效應(yīng)(如靜電引起的著火與)和電磁效應(yīng)(如電磁干擾)等的學(xué)科。近年來隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展、微電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用及電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，對(duì)靜電放電的電磁場效應(yīng)如電磁干擾(EMI)及電磁兼容性(EMC)問題越來越重視。

ESD靜電二極管和ESD放電二極管是一樣的，只是叫法不同而已。那ASIM半導(dǎo)體的ESD主要應(yīng)用于：由于靜電放電的高電壓、低電流特性及ESD保護(hù)器件的低功率及低電容值的特點(diǎn)，使其適用于高頻高速的傳輸線路。如：USB2.0、USB3.0、HDMI、LVDS、RJ45、VGA、DVI、SD-Card、SIM-Card等高速傳輸接口。其較大的使用范圍包含：電腦、藍(lán)牙耳機(jī)、產(chǎn)品、手機(jī)、MP4、交換機(jī)、路由器、GPS、打印機(jī)等領(lǐng)域。

靜電放電（ESD）定義為，給或者從原先已經(jīng)有靜電（固定的）的電荷（電子不足或過剩）放電（電子流）。

電荷在兩種條件下是穩(wěn)定的：

1.當(dāng)它'陷入'導(dǎo)電性的但是電氣絕緣的物體上，如，有塑料柄的金屬的螺絲起子。

2.當(dāng)它居留在絕緣表面（如塑料），不能在上面流動(dòng)時(shí)?？墒?，如果帶有足夠高電荷的電氣絕緣的導(dǎo)體（螺絲起子）靠近有相反電勢的集成電路（IC）時(shí)，電荷'跨防靜電手套接'，引起靜電放電（ESD）。

3.ESD放電二級(jí)管是一種過壓、防靜電保護(hù)元件，是為高速數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用的I/O端口保護(hù)設(shè)計(jì)的器件。ESD保護(hù)器件是用來避免電子設(shè)備中的敏感電路受到ESD（靜電放電）的影響。

ESD保護(hù)原理

電路保護(hù)元件存在幾種技術(shù)，當(dāng)選擇電路保護(hù)元件時(shí)，若設(shè)計(jì)師選擇不當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)器件將只能提供錯(cuò)誤的安全概念。電路保護(hù)元件的選擇應(yīng)根據(jù)所要保護(hù)的布線情況、可用的電路板空間以及被保護(hù)電路的電特性來決定。此外，了解保護(hù)元件的特也非常必要，需要考慮的重要因素之一是器件的箝位電壓。所謂箝位電壓是在ESD器件里跨在瞬變電壓消除器(TVS)上的電壓，它是被保護(hù)IC的應(yīng)變電壓。

因?yàn)槔孟冗M(jìn)工藝技術(shù)制造的IC電路里氧化層比較薄，柵極氧化層更易受到損害。這意味著較高的箝位電壓將在被保護(hù)IC器件上產(chǎn)生較高的應(yīng)變電壓，并且增加了失效的概率。

很多保護(hù)元件都被設(shè)計(jì)成可吸收大量的能量，由于元件結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)上的原因也導(dǎo)致其具有很高的箝位電壓。由于變阻器的箝位電壓太高，他們不能夠提供有效的ESD保護(hù)。此外，由于變阻器的高電容他們也不能給高速數(shù)據(jù)線路提供保護(hù)。TVS二極管正是為解決此問題而產(chǎn)生的，它已成為保護(hù)便攜電子設(shè)備的關(guān)鍵性技術(shù)。

TVS二極管是專門設(shè)計(jì)用于吸收ESD能量并且保護(hù)系統(tǒng)免遭ESD損害的固態(tài)元件。如果應(yīng)用得當(dāng)，TVS二極管將限制跨在被保護(hù)器件上的電壓剛好高過額定工作電壓，但是卻遠(yuǎn)低于破壞閾值電壓。

二極管的工作原理

晶體二極管為一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的pn結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于pn結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。

當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場和自建電場進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流I0。當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，pn結(jié)空間電荷層中的電場強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。pn結(jié)的反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿之分。