随着半导体工艺制程的进步,静电放电(Electrostatic Discharge,ESD)造成集成电路芯片以及电子产品失效的情况愈加严重了。目前对电子产品以及集成电路芯片进行ESD防护成为了产品工程师们面临的主要难题之一,ESD对芯片造成的威胁越来越严重,其物理机制研究越来越受到重视。本文分析了传统双向可控硅器件和传统嵌套器件的工作原理以及导通均匀性问题,针对器件存在的导通均匀性不好、维持电压随指数增加而下降等问题,提出了三种新型嵌套器件。新提出的器件在0.5μm CDMOS工艺下制作并进行了传输线脉冲(Transmission Line Pulse,TLP)测试分析。具体的研究内容如下:(1)研究双向可控硅(Dual-Direction Silicon Controlled Rectifier,DDSCR)的工作机制和静电性能,器件仿真分析和TLP测试表明,单指器件在指长方向上导通均匀,失效电流随着指长增加基本呈正比例递增,指长为40μm和80μm的DDSCR器件失效电流分别为3.284A、6.298A;多指器件非均匀导通现象显著,且存在维持电压随指数增加而降低的问题,单指、二指和四指DDSCR器件的失效电流分别为6.22A、11.83A和13.33A,维持电压分别为10.42V,6.67V和5.52V。(2)传统嵌套器件具有维持电压不随指数变化的优势,但非均匀导通问题严重。针对该问题,本文提出两种新型嵌套器件MDDSCR＿NE和MDDSCR＿NP。新器件的嵌套指从内而外依次逐层开启,维持电压由最内侧指SCR路径决定,同时由于去除了内侧嵌套指的P+,新器件的电流分布更加均匀。TLP测试结果显示,相同指长指数的传统叉指器件、传统嵌套器件、MDDSCR＿NP器件、MDDSCR＿NE器件的失效电流分别为13.07A、6.81A、11.69A和10.77A,维持电压分别为7.63V、10.60V、14.56V和13.14V。两种新型嵌套器件的失效电流均比传统嵌套器件高、维持电压则比传统叉指器件高。论文还就器件关键尺寸和指数做了讨论。(3)提出一种面积更小的嵌套型新器件MDDSCR＿PW,分析了器件关键尺寸和指数对器件性能的影响,并以此器件结构为基本单元构建叉指和嵌套相结合的MDDSCR＿FPW器件,为进一步提高器件防护等级提出了优化方案。TLP测试结果显示,MDDSCR＿PW1器件、MDDSCR＿NP1器件、MDDSCR＿NE1器件、DDSCR＿2F器件的单位面积电流泄放能力分别为2.19m A/μm~2、1.69m A/μm~2、1.56m A/μm~2和1.83m A/μm~2,MDDSCR＿PW1器件拥有最高的单位面积泄放效率。