CMOS閂鎖效應(yīng)（Latch-up）是CMOS晶片中的一種潛在故障。由于寄生的NPN和PNP三極管相互導(dǎo)通，會(huì)在電源VDD和地VSS之間形成低阻抗通路，導(dǎo)致大電流通過(guò)芯片，有造成永久性損壞的風(fēng)險(xiǎn)。這種效應(yīng)通常由靜電放電（ESD）、瞬態(tài)電源干擾等特定電壓或電流條件觸發(fā)，會(huì)導(dǎo)致電路在電源與地之間形成短路，使電路承受遠(yuǎn)大于正常工作電流的沖擊，可能迅速燒毀電路。

二、CMOS閂鎖效應(yīng)原理

CMOS工藝中形成的寄生雙極晶體管結(jié)構(gòu)是閂鎖效應(yīng)的核心原因。在PMOS中，源和漏的重?fù)诫sp+型有源區(qū)、N阱（N-Well）擴(kuò)散區(qū)和P型襯底（P-sub）會(huì)形成縱向寄生的PNP結(jié)構(gòu)；在NMOS中，則形成橫向寄生的NPN結(jié)構(gòu)。正常情況下，這些寄生晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)，不會(huì)影響電路。然而，當(dāng)外部條件（如電壓過(guò)沖、靜電放電等）導(dǎo)致其中一個(gè)寄生晶體管的集電極電流突然增大到一定值時(shí)，該晶體管導(dǎo)通，并通過(guò)正反饋機(jī)制觸發(fā)另一個(gè)寄生晶體管導(dǎo)通，從而在VDD和VSS之間形成低阻抗通路，引發(fā)大電流。

三、CMOS閂鎖效應(yīng)的產(chǎn)生原因

電壓過(guò)沖：當(dāng)輸出端（Vout）的電位過(guò)沖超過(guò)VDD一定值（如0.7V）時(shí)，PNP寄生晶體管會(huì)導(dǎo)通，進(jìn)而觸發(fā)正反饋機(jī)制，導(dǎo)致閂鎖效應(yīng)的發(fā)生。

靜電放電（ESD）：靜電放電現(xiàn)象會(huì)在瞬間產(chǎn)生高壓，可能使輸出端電位遠(yuǎn)高于VDD，導(dǎo)致NPN和PNP寄生晶體管同時(shí)導(dǎo)通，形成閂鎖。

電源干擾：瞬態(tài)電源干擾也可能導(dǎo)致器件管腳的電壓超過(guò)電源電壓或低于地，從而觸發(fā)閂鎖效應(yīng)。

電感感應(yīng)回沖：快速變化的電流在電感上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可能通過(guò)電路耦合到器件管腳，導(dǎo)致電壓過(guò)沖或下沖，進(jìn)而觸發(fā)閂鎖。

四、CMOS閂鎖效應(yīng)解決措施

（一）工藝制造角度

采用淺槽隔離技術(shù)（STI）、SOI工藝技術(shù)、倒摻雜阱技術(shù)和外延技術(shù)等手段來(lái)減小寄生電阻和電容，降低閂鎖效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。這些技術(shù)能夠優(yōu)化晶片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減少寄生參數(shù)的影響，提高晶片的抗閂鎖能力。

（二）版圖設(shè)計(jì)角度

使用Guardring（保護(hù)環(huán)）來(lái)隔離敏感區(qū)域，減少寄生效應(yīng)的影響。保護(hù)環(huán)是一種在版圖設(shè)計(jì)中用于隔離不同電路區(qū)域的結(jié)構(gòu)，通過(guò)在敏感區(qū)域周?chē)O(shè)置保護(hù)環(huán)，可以有效阻擋寄生效應(yīng)的傳播，保護(hù)電路的正常工作。

確保電源線和地線足夠強(qiáng)壯，并打滿Contact孔以降低電阻。這樣可以減少電源線和地線上的電壓降，提高電路的供電穩(wěn)定性，降低因電源線和地線電阻引起的閂鎖風(fēng)險(xiǎn)。

注意將NMOS和PMOS拉開(kāi)一定距離以降低觸發(fā)閂鎖的可能性。合理布局NMOS和PMOS的位置，增加它們之間的間距，可以減小寄生晶體管之間的相互影響，降低閂鎖效應(yīng)發(fā)生的概率。

（三）電路設(shè)計(jì)角度

在電路電源或地變動(dòng)較大的電路附近增加相關(guān)耦合電容以穩(wěn)定電壓。耦合電容可以在一定程度上吸收電路中的瞬態(tài)電壓變化，穩(wěn)定電源和地的電壓，減少電壓波動(dòng)對(duì)電路的影響，從而降低閂鎖效應(yīng)的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

在PAD附近增加保護(hù)二極管以防止靜電放電對(duì)電路的影響。保護(hù)二極管可以在靜電放電發(fā)生時(shí)，為靜電電流提供一個(gè)低阻抗的放電路徑，避免靜電電壓沖擊電路，保護(hù)電路免受靜電損壞。

在電路的主通路上串聯(lián)大電阻以限制電流的大小。大電阻可以限制電路中的最大電流，防止過(guò)大的電流通過(guò)芯片，降低因大電流引起的閂鎖效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也有助于保護(hù)其他電路元件免受過(guò)流損壞。