Параметры полупроводниковых резисторов. Коэффициент паразитной емкости резисторов. Структуры интегральных полупроводниковых резисторов

Поскольку примесь в полученном диффузией резистивном слое распределена неравномерно, расчет удельного объемного сопротивления материала слоя трудоемок. Поэтому целесообразно пользоваться номограммами, представленными на рис. 7.2 и 7.3.

Номограммы позволяют найти усредненную удельную объемную проводимость ρ резистивного слоя в зависимости от поверхностной концентрации примесей N_s, концентрации примесей в исходном материале (эпитаксиальном слое) N_oи отношения текущей координатыхp-n-перехода, если он имеется, ограничивающего резистивный слой сверху к глубине р-п- перехода х_j, ограничивающего резистивный слой снизу. Например, для резистора, изображенного на рис. 7.1, а, это отношение x/x_j= 0, поскольку резистивный слой начинается непосредственно на поверхности кристалла.

Таким образом, удельное сопротивление квадрата резистивного слоя

где d_РЕЗ =x_j - x— толщина резистивного слоя.

7.9. Полупроводниковые резисторы

Первоначально в полупроводниковых ИС применялись только диффузионные резисторы (ДР), основу которых составлял один из диффузионных слоев, расположенных в изолированном кармане. В настоящее время большое распространение получили также ионно-имплантированные резисторы.

Диффузионные резисторы. Для диффузионных резисторов чаще всего используется полоска базового слоя с двумя омическими контактами (рис. 7.35, а). Для такой полосковой конфигурации сопротивление ДР согласно (7.1) записывается в виде

гдеR_s — удельное сопротивление слоя(см. с. 229-230), а размеры а и b показаны на рис. 7.35.

Идлина, и ширина полоскового ДР ограничены. Длина ане может превышать размеров кристалла. Ширина bограничена возможностями фотолитографии, боковой диффузией, а также допустимым разбросом (10-20%).

Подставляя в (7.5а) значения R_S= 200Ом/ٱ и а/b= 100, получаем типичное значение максимального сопротивления R=20 кОм. Это значение можно повысить в 2-3 раза, используя не полосковую, а зигзагообразную конфигурацию ДР (рис. 7.35, б). В этом случае сопротивление записывается в более общем виде

Здесь п — количество «петель» (на рис. 7.35, б п - 2), а слагаемое 1,3 учитывает неоднородность ДР в районе омических контактов.

Количество «петель» в конечном счете ограничено площадью, отводимой под ДР. Обычно п < 3, в противном случае площадь резистора может достигать 15-20 % площади всего кристалла. Максимальное сопротивление при п = 3 не превышает 50-60 кОм.

Температурный коэффициент сопротивления ДР, выполненного на основе базового слоя, составляет 0,15-0,30 %/°С, в зависимости от значения R_s. Разброс сопротивлений относительно расчетного номинала составляет ± (15-20) %. При этом сопротивления резисторов, расположенных на одном кристалле, меняются в одну и ту же сторону. Поэтому отношение сопротивлений сохраняется с гораздо меньшим допуском (± 3 % и менее), а температурный коэффициент для отношения сопротивлений не превышает ± 0,01 %/°С. Эта особенность ДР играет важную роль и широко используется при разработке ИС.

Если необходимые номиналы сопротивлений превышают 50-60 кОм, можно использовать так называемые пинч-резисторы. Структура пинч-резистора показана на рис. 7.36. По сравнению с простейшим ДР пинч-резистор имеет меньшую площадь сечения и большее удельное сопротивление (так как используется донная, т.е. слабо легированная часть р-слоя). Поэтому у пинч-резисторов удельное сопротивление слоя обычно составляет 2-5 кОм/ٱ и более, в зависимости от толщины. При таком значении R_sмаксимальное сопротивление может достигать значений 200-300 кОм даже при простейшей полосковой конфигурации. Недостатками пинч-резисторов являются: больший разброс номиналов (до 50 %) из-за сильного влияния изменения толщины       р-слоя, больший температурный коэффициент сопротивления (0,3-0,5 %/°С) из-за меньшей степени легирования донной части р-слоя, нелинейность вольт-амперной характеристики при напряжениях более 1-1,5 В. Последняя особенность вытекает из аналогии между структурами пинч-резистора и полевого транзистора (см. рис. 7.26, б). ВАХ пинч-резистора совпадает с ВАХ полевого транзистора (рис. 4.14, о), если напряжение на затворе последнего положить равным нулю