Диффузионные резисторы

Диффузионные резисторы – формируются в полупроводниковой подложке с помощью методов диффузии или ионной имплантации.

Рис. 8. Диффузионный резистор

Чтобы использовать диффузионную область в качестве резистора, необходимо сместить в обратном направлении отделяющий ее p-n переход. Для этого подложку (n-тип) надо подключить к самому высокому потенциалу в схеме, т.е. к положительному источнику питания Е+. В данной конструкции всегда существует паразитный ток утечки.

При необходимости реализовать сопротивление большего номинала делается контур с изгибами (типа «меандр»).

где - сопротивление контактных площадок. К_П = 0,5...1 = - даны в справочниках.

При использовании полупроводниковой технологии нельзя реализовать резисторы произвольного номинала; существуют ограничения сверху и снизу, R_min и R_max.

Обычно R_S p-слоя меняется от 100...300 Ом/□. Как правило, минимальная ширина резистора w _min не менее 2...3 минимальных размеров. Уменьшить w _min невозможно из-за несовершенства технологического процесса. Оценим:

l _min = w _min = 10 мкм.

Размер кристалла микросхемы (чипа) ~ 2´2 мм => l _max=1 мм (меандр).

Для минимального: , R_min =100 Ом/□ =100 Ом. (R_min =50...100 Ом). R_max=R_Smax =300 =30 кОм. (R_max=30...50 кОм).

На практике часто надо реализовать сопротивление большего номинала.

1. Сжатый резистор (pinch, пинч-резистор)

Рис. 9. Сжатый резистор

Поверхностное сопротивление сжатого p слоя, между слоями n и n⁺: R_S =1...3 кОм/□.

2. Используется ионная имплантация с тонкими слоями

Рис. 10. Имплантация с тонкими слоями

Тонкий p слой (x_jp ~ 0,2...0,8 мкм) имеет большое поверхностное сопротивление R_S =10⁴ Ом/□.

Для малых сопротивлений (1...50 Ом) используются высоколегированные области (эмиттерный n⁺ - слой):

Рис. 11. Высоколегированная (эмиттерная) область

В схемах малой степени интеграции используется однослойная металлизация – слой алюминия на поверхности окисла, который формирует контакты к элементам ИС и межсоединения. В этом случае возможны ситуации, когда не удается избежать пересечения проводников. В этом случае используется так называемый «подныр»: один проводник остается алюминиевой шиной, а второй проходит под ним по низкоомному резистору.

Эквивалентная электрическая схема диффузионного резистора, ограниченного обратно смещённым p-n переходом показана на рис. 12.

Емкости рассчитываются по формуле:

; N =min(N_Д (x_j), N_А (x_j));

.

C_p-n – ёмкость p-n перехода при нулевом смещении, S _S - общая площадь p-n перехода, первое слагаемое – плоское дно, второе слагаемое – цилиндрические боковые части, третье слагаемое – сферические угловые части.

Рис. 12. Эквивалентная схема резистора

Рис. 13. Размеры резистора, 1,2 – контактные окна.