CN116505927B - 一种高可靠反熔丝开关单元结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高可靠反熔丝开关单元结构，属于微电子领域，包括第一反熔丝器件、第二反熔丝器件、第一高压NMOS管、第二高压NMOS管、第三高压NMOS管、旁路二极管、信号传输NMOS管；通过所述第一反熔丝器件/所述第二反熔丝器件的编程形成开态，与第一高压NMOS管/第二高压NMOS管构成通路，实现编程电压VPP信号对信号传输NMOS管的栅极电位控制，进而实现信号传输NMOS管开/关态。本发明开关单元结构简单，兼容于CMOS工艺，具有良好高可靠和抗辐射特性，可应用于高可靠、抗辐射可编程逻辑器件和存储器。

Description

一种高可靠反熔丝开关单元结构
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种高可靠反熔丝开关单元结构。
背景技术
随着航空航天、电子对抗、通信领域等各大重点工程要求电子系统向多功能、高速率、小型化及低功耗方向发展，对高可靠、抗辐射可编程逻辑器件的需求愈发突出。
反熔丝开关单元是实现可编程逻辑器件及内核的基本组成单元，与SRAM、FLASH开关单元相比，在高可靠、抗辐射等方面具有先天的优势。因此，为了提升反熔丝开关单元器件信号驱动能力及增强其驱动能力可调的灵活性，亟需提出一种高可靠反熔丝开关单元结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高可靠反熔丝开关单元结构，以解决背景技术中的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种高可靠反熔丝开关单元结构，包括：
第一反熔丝器件、第二反熔丝器件、第一高压NMOS管、第二高压NMOS管、第三高压NMOS管、旁路二极管、信号传输NMOS管；通过所述第一反熔丝器件/所述第二反熔丝器件的编程形成开态，与第一高压NMOS管/第二高压NMOS管构成通路，实现编程电压VPP信号对信号传输NMOS管的栅极电位控制，进而实现信号传输NMOS管开/关态；
所述第一反熔丝器件和所述第二反熔丝器件分别包括上电极和下电极，所述第一反熔丝器件的上电极与所述第一高压NMOS管的源端相连接；所述第二反熔丝器件的上电极与第二高压NMOS管的源端相连接；
所述第一反熔丝器件的下电极和所述第二反熔丝器件的下电极同时与所述第三高压NMOS管的漏端、旁路二极管的负极以及信号传输NMOS管的栅极相连接；
所述旁路二极管的正极接地；所述高压NMOS管的源端接地。
在一种实施方式中，所述第一反熔丝器件实现编程，所述第二反熔丝器件形成关态，是通过第一高压NMOS管和第三高压NMOS管开启，实现编程电压VPP信号加载到第一反熔丝器件的上极板，进而实现第一反熔丝器件编程，即开态；同时为预防瞬间编程电压VPP信号对地形成通路时，其高压对信号传输NMOS管的栅极形成损伤，采用旁路二极管进行栅极保护。
在一种实施方式中，所述第一高压NMOS管的漏端和栅端电压均为VDD、所述第二高压NMOS管的漏端和栅端电压分别为0v和VDD、所述第三高压NMOS管的栅端电压为0v时，所述信号传输NMOS管的栅极电位近似为VDD，能够实现信号传输NMOS管开态。
在一种实施方式中，所述第一高压NMOS管的漏端和栅端电压分别为0v和VDD、所述第二高压NMOS管的漏端和栅端电压均为VDD、所述第三高压NMOS管的栅端电压为0v时，所述信号传输NMOS管的栅极电位近似为0v，能够实现信号传输NMOS管关态。
在一种实施方式中，所述第二反熔丝器件实现编程，所述第一熔丝器件形成关态，是通过第二高压NMOS管和第三高压NMOS管开启，实现编程电压VPP信号加载到第二反熔丝器件的上极板，进而实现第二反熔丝器件编程，即开态；同时为预防瞬间编程电压VPP信号对地形成通路时，其高压对信号传输NMOS管的栅极形成损伤，采用旁路二极管进行栅极保护。
在一种实施方式中，所述第二高压NMOS管的漏端和栅端电压均为VDD、所述第一高压NMOS管的漏端和栅端电压分别为0v和VDD、所述第三高压NMOS管的栅端电压为0v时，信号传输NMOS管的栅极电位近似为VDD，能够实现信号传输NMOS管开态。
在一种实施方式中，所述第二高压NMOS管的漏端和栅端电压分别为0v和VDD、所述第一高压NMOS管的漏端和栅端电压均为VDD、所述第三高压NMOS管的栅端电压为0v时，所述信号传输NMOS管的栅极电位近似为0v，能够实现信号传输NMOS管关态。
在一种实施方式中，所述第一反熔丝器件和所述第二反熔丝器件的类型相同，能够同时为ONO型或者MTM型或者XPM型。
在本发明提供的一种高可靠反熔丝开关单元结构中，包括第一反熔丝器件、第二反熔丝器件、第一高压NMOS管、第二高压NMOS管、第三高压NMOS管、旁路二极管、信号传输NMOS管；通过所述第一反熔丝器件/所述第二反熔丝器件的编程形成开态，与第一高压NMOS管/第二高压NMOS管构成通路，实现编程电压VPP信号对信号传输NMOS管的栅极电位控制，进而实现信号传输NMOS管开/关态。本发明开关单元结构简单，兼容于CMOS工艺，具有良好高可靠和抗辐射特性，可应用于高可靠、抗辐射可编程逻辑器件和存储器。
附图说明
图1为本发明提供的一种高可靠反熔丝开关单元结构的示意图；
图2为实现反熔丝器件AF1处于开态的一种编程操作方法示意图；
图3为通过反熔丝器件AF1处于开态实现信号传输管T4的开态示意图；
图4为通过反熔丝器件AF1处于开态实现信号传输管T4的关态示意图；
图5为实现反熔丝器件AF2处于开态的一种编程操作方法示意图；
图6为通过反熔丝器件AF2处于开态实现信号传输管T4的开态示意图；
图7为通过反熔丝器件AF2处于开态实现信号传输管T4的关态示意图。
附图标记：D1-高压NMOS管T1的漏端、D2-高压NMOS管T2的漏端、G1-高压NMOS管T1的栅端、G2-高压NMOS管T2的栅端、G3-高压NMOS管T3的栅端、G4-信号传输管T4的栅端、D4-信号传输管T4的漏端、S4-信号传输管T4的源端、VPP-编程电压、VDD-正常工作内核电压。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种高可靠反熔丝开关单元结构作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明提供一种高可靠反熔丝开关单元结构，其结构如图1所示，包括2个反熔丝器件AF1～AF2、3个高压NMOS管T1～T3、1个旁路二极管T5和1个信号传输NMOS管T4。
反熔丝器件AF1和反熔丝器件AF2的类型相同，可以同时为ONO(SiO2/Si3N4/SiO2)型或者MTM(MetalToMetal)型或者XPM(Super PermanentMemory，超级永久存储器)型，其结构包括上电极和下电极。所述反熔丝器件AF1的上电极与高压NMOS管T1的源端相连接；所述反熔丝器件AF2的上电极与高压NMOS管T2的源端相连接；所述反熔丝器件AF1的下电极和所述反熔丝器件AF2的下电极同时与高压NMOS管T3的漏端、旁路二极管T5的负极以及信号传输NMOS管T4的栅极相连接；所述旁路二极管T5的正极接地；所述高压NMOS管T3的源端接地。所述旁路二极管T5在反熔丝器件AF1、AF2编程过程中起到了保护信号传输NMOS管T4栅极的作用。
本发明提供的一种高可靠反熔丝开关单元结构，通过反熔丝器件AF1/反熔丝器件AF2的编程形成开态(即ON态)，与高压NMOS管T1/高压NMOS管T2构成通路，实现编程电压VPP信号对信号传输NMOS管T4的栅极电位控制，进而实现信号传输NMOS管T4的开/关态(即ON/OFF态)。
如图2所示为实现反熔丝器件AF1处于开态的一种编程操作方法示意图，是通过高压NMOS管T1、T3开启，实现编程电压VPP信号加载到反熔丝器件AF1的上极板，进而实现反熔丝器件AF1编程，即开态(ON态)，同时为了预防瞬间编程电压VPP信号对地形成通路时，其高压对信号传输NMOS管T4的栅极形成损伤，采用了旁路二极管T5进行栅极保护。
如图3所示，当高压NMOS管T1的漏端D1和栅端G1电压均为VDD、高压NMOS管T2的漏端D2和栅端G2电压分别为0v和VDD、高压NMOS管T3的栅端G3电压为0v时，信号传输NMOS管T4的栅极电位近似为VDD，可以实现信号传输NMOS管T4开态(ON态)。
如图4所示，当高压NMOS管T1的漏端D1和栅端G1电压分别为0v和VDD、高压NMOS管T2的漏端D2和栅端G2电压均为VDD、高压NMOS管T3的栅端G3电压为0v时，信号传输NMOS管T4的栅极电位近似为0v，可以实现信号传输NMOS管T4关态(OFF态)。
如图5所示为实现反熔丝器件AF2处于开态的一种编程操作方法示意图，是通过高压NMOS管T2、T3开启，实现编程电压VPP信号加载到反熔丝器件AF2的上极板，进而实现反熔丝器件AF2编程，即开态(ON态)，同时为了预防瞬间编程电压VPP信号对地形成通路时，其高压对信号传输NMOS管T4的栅极形成损伤，采用了旁路二极管T5进行栅极保护。
如图6所示，当高压NMOS管T2的漏端D2和栅端G2电压均为VDD、高压NMOS管T1的漏端D1和栅端G1电压分别为0v和VDD、高压NMOS管T3的栅端G3电压为0v时，信号传输NMOS管T4的栅极电位近似为VDD，可以实现信号传输NMOS管T4开态(ON态)。
如图7所示，当高压NMOS管T2的漏端D2和栅端G2电压分别为0v和VDD、高压NMOS管T1的漏端D1和栅端G1电压均为VDD、高压NMOS管T3的栅端G3电压为0v时，信号传输NMOS管T4的栅极电位近似为0v，可以实现信号传输NMOS管T4关态(OFF态)。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (8)

1.一种高可靠反熔丝开关单元结构，其特征在于，包括：
第一反熔丝器件、第二反熔丝器件、第一高压NMOS管、第二高压NMOS管、第三高压NMOS管、旁路二极管、信号传输NMOS管；通过所述第一反熔丝器件/所述第二反熔丝器件的编程形成开态，与第一高压NMOS管/第二高压NMOS管构成通路，实现编程电压VPP信号对信号传输NMOS管的栅极电位控制，进而实现信号传输NMOS管开/关态；
所述第一反熔丝器件和所述第二反熔丝器件分别包括上电极和下电极，所述第一反熔丝器件的上电极与所述第一高压NMOS管的源端相连接；所述第二反熔丝器件的上电极与第二高压NMOS管的源端相连接；
所述第一反熔丝器件的下电极和所述第二反熔丝器件的下电极同时与所述第三高压NMOS管的漏端、旁路二极管的负极以及信号传输NMOS管的栅极相连接；
所述旁路二极管的正极接地；所述高压NMOS管的源端接地。
2.如权利要求1所述的高可靠反熔丝开关单元结构，其特征在于，所述第一反熔丝器件实现编程，所述第二反熔丝器件形成关态，是通过第一高压NMOS管和第三高压NMOS管开启，实现编程电压VPP信号加载到第一反熔丝器件的上极板，进而实现第一反熔丝器件编程，即开态；同时为预防瞬间编程电压VPP信号对地形成通路时，其高压对信号传输NMOS管的栅极形成损伤，采用旁路二极管进行栅极保护。
3.如权利要求2所述的高可靠反熔丝开关单元结构，其特征在于，所述第一高压NMOS管的漏端和栅端电压均为VDD、所述第二高压NMOS管的漏端和栅端电压分别为0v和VDD、所述第三高压NMOS管的栅端电压为0v时，所述信号传输NMOS管的栅极电位近似为VDD，能够实现信号传输NMOS管开态。
4.如权利要求2所述的高可靠反熔丝开关单元结构，其特征在于，所述第一高压NMOS管的漏端和栅端电压分别为0v和VDD、所述第二高压NMOS管的漏端和栅端电压均为VDD、所述第三高压NMOS管的栅端电压为0v时，所述信号传输NMOS管的栅极电位近似为0v，能够实现信号传输NMOS管关态。
5.如权利要求1所述的高可靠反熔丝开关单元结构，其特征在于，所述第二反熔丝器件实现编程，所述第一反熔丝器件形成关态，是通过第二高压NMOS管和第三高压NMOS管开启，实现编程电压VPP信号加载到第二反熔丝器件的上极板，进而实现第二反熔丝器件编程，即开态；同时为预防瞬间编程电压VPP信号对地形成通路时，其高压对信号传输NMOS管的栅极形成损伤，采用旁路二极管进行栅极保护。
6.如权利要求5所述的高可靠反熔丝开关单元结构，其特征在于，所述第二高压NMOS管的漏端和栅端电压均为VDD、所述第一高压NMOS管的漏端和栅端电压分别为0v和VDD、所述第三高压NMOS管的栅端电压为0v时，信号传输NMOS管的栅极电位近似为VDD，能够实现信号传输NMOS管开态。
7.如权利要求5所述的高可靠反熔丝开关单元结构，其特征在于，所述第二高压NMOS管的漏端和栅端电压分别为0v和VDD、所述第一高压NMOS管的漏端和栅端电压均为VDD、所述第三高压NMOS管的栅端电压为0v时，所述信号传输NMOS管的栅极电位近似为0v，能够实现信号传输NMOS管关态。
8.如权利要求1-7任一项所述的高可靠反熔丝开关单元结构，其特征在于，所述第一反熔丝器件和所述第二反熔丝器件的类型相同，能够同时为ONO型或者MTM型或者XPM型。
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