Полупроводниковые резисторы

В полупроводниковых микросхемах на биполярных транзисторах для упрощения технологии в качестве резисторов широко используют базовые слои p -типа с сопротивлением R _сл= 100...300 Ом/ð. Рассмотрим изопланарную структуру, поперечный разрез которой показан на рис. 1, а.

в)

а)

б) г)

Рис.1

Резистивный слой 1 р -типа толщиной 1...2 мкм размещен в кармане 2 n -типа, изолированном с боковых сторон диоксидом кремния 3. На концах слоя 1 созданы контакты 4. Для снижения площади ширина b резистивной полоски (см. вид сверху на рис. 1, б) выбирается минимальной. Для повышения сопротивления (R = R _сл ·a/b) длину a увеличивают. Резисторы с большими сопротивлениями (порядка 10 кОм) выполняют в виде меандра (рис.1, в), а с малыми (десятки Ом) – в виде широких полосок (рис.1, г). Чтобы ток протекал только по слою 1, на р - n переходе между слоями 1 и 2 должно быть обратное напряжение. Для этого область 2 с помощью контакта 5 подключается к плюсу источника питания.

Сопротивление увеличивается с ростом температуры из-за снижения подвижности дырок, причем температурный коэффициент сопротивления (ТКС) равен (0,1...0,3 %)/°C. Технологический разброс сопротивлений для разных микросхем d· R / R = ±10 %, в то время как резисторы с одинаковой геометрией на одном кристалле практически идентичны. Разброс отношения сопротивлений резисторов на одном кристалле менее 0,1 %, их ТКС < (0,01 %)/°С. Удельная барьерная емкость р - n перехода между слоями 1 и 2 равна (2...4)·10^–4 пФ/мкм². Резистор вместе с распределенной по его длине емкостью образует RC -линию, которую можно использовать в аналоговых микросхемах для получения частотно-избирательных цепей. Однако в большинстве случаев емкость является нежелательной (паразитной), так как ухудшает быстродействие микросхем.

Модель резистора, в которой распределенная емкость заменена сосредоточенной, приведена на рис. 2.Влиянием паразитной емкости С_R можно пренебречь, если частота аналогового сигнала мала по сравнению с граничной частотой резистора f _гр = (2π RC_R)^–1 или длительность фронта (среза) импульсного сигнала велика по сравнению с постоянной времени резистора τ _R = C_R_. Для R = 10 кОм, b = 3 мкм, а = 150 мкм получаем C_R = 0,1...0,2 пФ, τ _R = 1...2 нс, f _гр = 80...160 МГц. Значения R и C_R пропорциональны длине резистора а, поэтому f _гр ~ a ^–2 ~ R ^–2, τ _R ~ R ².

С помощью специальной операции ионного легирования, не связанной с формированием базы, можно создать очень тонкий (0,1...0,2 мкм) резистивный слой 1 (рис. 3) с сопротивлением до 20 кОм/ð. Для получения контактов на его концах формируют более толстые области p⁺ -типа. Сопротивление слоя определяется дозой легирования N _л.а: R _сл = (q· μ _p·N _л.а)^–1. Например, для N _л.а = 10¹² см^–2 имеем R _сл = 3 кОм/ð. Технологический разброс сопротивлений ионно-легированных резисторов около 6 %, ТКС = (0,1 %)/°С.