Резисторы полупроводниковых ИМС

В полупроводниковых ИМС функцию резистора выполняет объем полупроводника, имеющий определенные размеры и конфигурацию, или транзисторная схема (аналог резистора). Полупроводниковые резисторы могут быть разделены на следующие типы в зависимости от структуры: диффузионные, выполняемые на эпитаксиальном слое, пинч-резисторы, а также резисторы, изготовляемые методом ионного легирования. Все полупроводниковые резисторы, кроме последнего из перечисленных типов, из­готовляются одновременно с активными элементами ИМС без введения дополнительных этапов обработки. Они создаются на основе коллекторной, базовой или эмиттерной области транзистора. Чаще всего резисторы получают одновременно с диффузией примесей, в процессе которой создаются базовые области n-р-n-транзистора. В этом случае в качестве резистора используется область р-типа (рис. 114).

К слою n-типа прикладывается положительный потенциал, смещающий p-n-переход в обратном направлении. Обратносмещенный переход, обладающий большим сопротивлением, опреде­ляет границы диффузионной области и обеспечивает развязку по постоянному току между резистором и подложкой. На основе базового диффузионного слоя можно получать резисторы с номиналами сопротивлений в диапазоне от 30 Ом до 40 кОм. Для резисторов с номиналами от 3 Ом до 50 Ом целесообразно использовать эмиттерный диффузионный слой. Объемное сопротивление коллекторной области, формируемой на основе эпитаксиального n-слоя, можно использовать для получения некритичных резисторов с высокими номинальными значениями. Для получения рези­сторов с номиналами до сотен кОм используют также базовую область, находящуюся под эмиттерным диффузионным слоем. Структура такого резистивного элемента, называемого пинч-резистором, показана на рис. 115. Кроме того, высокоомные ре­зисторы можно получить, используя метод ионной имплантации.

Рисунок 114 – Резисторы ПП ИМС (используется область р- типа)

Рисунок 115 – Резисторы ПП ИМС ( пинч- резистор)

Диффузионные резисторы обладают положительным ТКС, значения которого в сильной степени определяются поверхностным сопротивлением. Это объясняется тем, что подвижность но­сителей зависит также и от концентрации носителей, уменьшаясь при увеличении концентрации. Для получения диффузионного резистора с малым ТКС необходимо использовать высоколегиро­ванные диффузионные области.

Диффузионные резисторы имеют ограниченную мощность рассеяния, так как чрезмерный нагрев может привести к нели­нейным ВАХ. Мощность, рассеиваемая резистором, зависит от ка­чества теплоотвода, т.е. от конструкции корпуса микросхемы.

Поскольку изоляция резисторов обеспечивается р-п-перехо­дом, то максимальное напряжение на резисторе ограничено напря­жением пробоя изолирующего перехода. Обычно изолирующий пе­реход смещен в обратном направлении, поэтому максимальное напряжение на резисторе должно быть меньше на величину смеще­ния изолирующего слоя.

Рисунок 116 – Упрощенная эквивалентная схема резистора

При проектировании диффузионных резисторов следует учи­тывать влияние паразитных элементов - распределенных емкос­тей и паразитного транзистора. На рис.116 представлена упро­щенная эквивалентная схема резистора, сформированного на основе базовой диффузии, в которой с известным допущением распределенный транзистор заменен сосредоточенным. Эквива­лентная схема содержит следующие элементы: R_кт - сопротивле­ние омических контактов резистора; R_б и R_к - сопротивления, соответственно характеризующие распределенные сопротивления эпитаксиального слоя и подложки; С_эб и С_кб - распределенные емкости р-n-переходов, R_т - паразитный транзистор p-n-p –типа.

Благодаря наличию распределенных емкостей диффузионный резистор имеет емкостную проводимость. Поэтому полное его сопротивление с повышением частоты уменьшается. Необходимо отметить, что влияние распределенных емкостей становится су­щественным на частотах, превышающих 10 Мгц.

Паразитный транзистор р-n-р -типа вызывает появление тока утечки в подложку. Как уже отмечаюсь, свести этот ток к минимуму можно, уменьшая коэффициент передачи тока паразитного тран­зистора технологическим способом, например легированием зо­лотом. Полное исключение паразитного транзистора достигается смещением диффузионного перехода резистора, т.е. эмиттерного перехода паразитного транзистора, в обратном направлении. Для этого в п-области (эпитаксиальный слой) создается омический контакт, присоединяемый к точке схемы с наиболее положитель­ным потенциалом.