Диффузионные резисторы

Для диффузионных резисторов чаще всего используется полоска базового р-слоя с двумя омичес­кими контактами (рисунки 4.17а и б), расположенного в коллекторном n-слое. Для изоляции резисторов на n-слой подается максимальное положительное напряжение.

Рисунок 4.17

Для такой полосковой конфигурации сопротивление резистора записывается в виде , (4. 1)

где r- удельное сопротивление полупроводника, l, b, d – длина, ширина и глубина резистивного слоя (рисунок 4.17а и б). Поскольку удельное сопротивление и глубина р-слоя у всех резисторов одинаковы, то обозначим R_S =r/d и назовем это - удельное сопротивление слоя. Отношение l/b называется коэффициент формы резистора К_Ф. Тогда

R=R_S×К_Ф. (4.2)

И длина, и ширина резистора ограничены. Длина l не мо­жет превышать размеров кристалла, т. е. лежит в пределах 1-5 мм. Ширина b ограничена возможностями фотолитографии, боковой диффузией, а также допустимым разбросом (10—20%). Практичес­ки минимальная ширина составляет 10-15 мкм.

Подставляя в (4.2) значения R_S = 200 Ом/ð и l/b =50, по­лучаем максимальное значение сопротивления R_МАКС=10 KOм. Это значение можно повысить в 2-3 раза, используя не полосковую, а зигзагообразную конфигурацию резистора (рисунок 4.17в).

Количество «петель» в ко­нечном счете, ограничено пло­щадью, отводимой под резистор. Обычно n £ 3, в противном случае площадь резистора может достигать 15-20% площади всего кристалла. Максимальное сопротивление при

n = 3 не превышает 20-30 кОм.

Температурный коэффи­циент резистора, вы­полненного на основе базово­го слоя, составляет 0,15- 0,30%/⁰С, 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 играет важную роль и ши­роко используется при разра­ботке ИМС.

Если необходимые номиналы сопротивлений превышают20-30 кОм, можно использовать так называемые пинч-резисторы. Струк­тура пинч-резистора показана на рисунке 4.17г. По сравнению с про­стейшим резистором пинч-резистор имеет меньшую площадь се­чения и большее удельное сопротивление (так как используется донная, т. е. слабо легированная часть базового р-слоя). Поэтому у пинч-резисторов удельное сопротивление слоя R_S обычно составляет 2-5 кОм/’ и более, в зависимости от толщины. При таком значении R_S максимальное 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 температур- ный коэффициент сопротивления (0,3- 0,5%/°С) из-за меньшей степени леги -рования донной части р-слоя, нелинейность вольтамперной характеристики при напряжениях более 1-1,5 В. Последняя особенность вытекает из аналогии между структурами пинч-резистора и полевого транзистора. ВАХ пинч-резис- тора совпадает с ВАХ полевого тран­зистора, если напряжение на затворе последнего по­ложить равным нулю (поскольку у пинч-резистора слои n⁺ и р соединены друг с другом металлизацией). Пробивное напряжение пинч-резисторов определяется пробивным напряжением эмиттерного перехода (обычно 5-7 В).

Если необходимые номиналы сопротивлений составляют 100 Ом и менее, то использование базового слоя нецелесообразно, так как ширина резистора должна быть меньше его длины, что конструктивно трудно осуществить. Для получения резисторов с малыми номиналами сопротивлений используют низкоомный эмиттерный слой. При значениях R_S= 5-15 Ом/’, свой­ственных этому слою, удается получить минималь­ные сопротивления 3-5 Ом с температурным коэффициентом 0,01- 0,02%/°С.