Полупроводниковые интегральные резисторы. Расчет диффузионных резисторов

Полупроводниковые интегральные резисторы

Таблица 4

Основные свойства полупроводниковых интегральных резисторов.

Тип резистора	Толщина, Мкм	Поверхностное сопротивление rs, Ом/ÿ	gR, DR/R, %	ТКС, aR, град-1	Соп, пФ/мм2
Диффузионный на базовом слое	2,5 – 3,5	100 – 300	±10 – 20	± (0,5 – 3)×10-3	150 – 350
На эмитерном слое	1,5 – 2,5	2 – 5	±10 – 20	± (1 – 5)×10-4	(1 – 5)×103
ПИНЧ резистор	0,5 – 1	(2 – 15)×103	±50	±(1,5 – 3)×10-3	(1 – 1,5)×103
На эпитаксиальном слое	7 – 10	(0,5 – 5)×103	±15 – 25	±(2 – 4)×103	80 –100
Ионно-легированный р-типа	0,1 – 0,2	(0,5 – 1)×103	±15 – 20	±(1,5 – 5)×10-3	200 – 300

Диффузионный резистор на базовом слое наиболее часто встречается в составе интегральных микросхем.

Типичная ширина резистора: 5 – 10 мкм;

Длина: 0,1 – 1 мкм;

Диапазон: 100 Ом – 20 кОм;

Разброс оптимальных значений в схеме: ±3%, но зависит от технологии.

Диффузионный резистор на эмиттерном слое применяется в тех случаях, когда необходим малый номинал и в качестве диффузионных перемычек.

Диапазон: 0,5 – 100 Ом.

ПИНЧ – резистор формируется с помощью диффузии. При протекании тока на его контактах имеется небольшая разность потенциалов и n⁺ слой используется для поджатия, т.е. уменьшения толщины резистора. На n⁺-слой  подается обратное смещение, получается обратно смещенный n⁺-p переход.

Диапазон: от 50 – 60 Ом до 100 кОм;

Напряжение пробоя: 5 – 7 В;

Недостатки:

Погрешность: до 50%, из-за неравномерной толщины резистора;

Большой температурный коэффициент из-за невысокой степени легирования, имеются нелинейные вольтамперные характеристики.

Резистор на эпитаксиальном слое:

Погрешность: до 25%;

Трудно регулировать номинал из-за базовой диффузии под окисел. Боковой уход диффузии под окисел, зависит от толщины эпитаксиального слоя, и может составлять: 60 – 80%.

Номинальное значение: 10 – 100 кОм.

Ионное легирование обеспечивает десятки сотни кОм, но сложность технологии состоит в том, что под контакты нужно вводить дополнительную диффузию.

Расчет диффузионных резисторов

;

r_V – удельное сопротивление полупроводникового резистора;

l - длина пути электрического тока;

S – сечение тела резистора;

;

s - удельная электропроводность;

e – заряд;

при N_Д>>N_A, Д – донор, А – акцептор

при N_А>>N_Д

X_диф – глубина диффузионного слоя, который является телом резистора;

b – ширина тела резистора.

Для диффузионного резистора:

r_S – сопротивление участка диффузионного слоя определенной толщины между противоположными стенками квадрата.

 – среднее удельное сопротивление диффузионного слоя,

Таким образом, чтобы задать номинальное значение R необходимо знать r_S, , b.

 – усредненное  по концентрации и примеси значение подвижности,

 – усредненное по толщине значение диффузионного слоя концентрации примеси.

 при N£N₁

, при N₁£N£N₂/

Для типовых транзисторных структур:

N_{коллектора}=N₁=1,5×10⁵ см^-3, l=0,115,

N_Sбаза=N₂=5×10⁸ см^-3, m_po=480 см²/(В×с);

;

;

;

т.к. ;

18.10.01

Для базовой области:

,

.

Расчет ширины и длины резистора.

Необходимо:

номинал – R, допуск на номинал – DR/R, удельное поверхностное сопротивление – r_s, допустимая мощность рассеяния – Р₀=1…5 Вт/мм², габаритный минимальный размер – зависит от разрешенной способности технологии, температура, конструкторские ограничения: в зависимости от номинала выбираются определенная конфигурация резистора.

Для высокоомных от 1до 10 кОм рекомендуется конфигурация (а) и( б).

Для низкоомных от 50 до 200 Ом конфигурация (г).

От 200 до 1кОм (в).

За расчетные значения ширины резистора принимается наибольшее значение ширины резистора исходя из 3 величин:

b_технол – это минимальная технологическая ширина резистора ³ 4 – 5 микрон,

b_расчет – ширина определяемая мощностными характеристиками резистора,

b_T – определяется исходя из допусков на номинальные значения.

Полная относительная погрешность:

;

К_ф – коэффициент формы.

,

 – относительная погрешность удельного сопротивления резистора,

– относительная погрешность коэффициента формы резистора,

– температурный коэффициент,

DТ – интервал температур,

.

Определяется b_T:

,

– абсолютные погрешности ширины, длины резистивной полоски, зависит от точности технологического процесса – 0,05 – 0,1 микрона.

, .

Затем определяется топологическая ширина резистора, и это значение используется при проектировании топологического чертежа.

,

– погрешность, вносимая растравливанием окон перед диффузией;

– погрешность, вносимая уходом диффузионного слоя под маскирующий окисел в обе стороны.

 микрон, микрон.

Окончательно. за топологический чертеж принимается ближайшая к вычисленным целое значение, кратное шагу координатной сетки.

Для того, чтобы уменьшить погрешность номинала , определяется реальная ширина резистора:

,

,

n – количество контактных окон у резистора;

К – поправочный коэффициент, учитывает сопротивление обусловленное растеканием электрического тока у контактных областей резистора.

Если резистор имеет форму меандр, то:

,

– количество изгибов резистора под углом p/2,

n – количество контактных окон одинаковой конфигурации;

к – поправочный коэффициент, учитывают сопротивление растекания у контактной области;