Резистивные материалы

Резисторы являются самыми распространенными компонентами РЭА и ЭВА, в которой они выполняют функции регулирования и распределения электрической энергии между цепями и элемента­ми схемы.

Требования к резисторам, используемым во всех видах РЭА, очень разнообразны, а диапазон параметров весьма широк, поэто­му для изготовления резисторов используются десятки различных материалов, каждый из которых обладает специфическими досто­инствами и недостатками. Набор резистивных материалов должен быть достаточно широким с тем, чтобы можно было перекрыть весь диапазон сопротивлений, в пределах 1... 10⁶ Ом (реже до 10⁹ Ом и более). Очевидно, что наибольшие трудности связаны с разработкой материалов для высокоомной части этого диапазона.

Материал большинства резисторов должен обладать стабиль­ностью, то есть минимальным обратимым (температурным) и необ­ратимым дрейфом удельного сопротивления. Его величина опре­деляется по результатам длительных испытаний (~1000 ч) рези­стора при полной нагрузке и повышенной температуре — около 353 К (80 °С).

Следует иметь в виду, что значения параметров, стабильность и надежность при эксплуатации резисторов, особен­но микроэлектронных, зависит не только от свойств исходного ма­териала, по и в значительной, а иногда решающей мере — от спо­соба и режимов формирования пленок. Функциональному назна­чению резисторов наиболее полно соответствуют материалы в тонкопленочном состоянии, так как они имеют вследствие малой площади большие погонные (т. е. на единицу длины) сопротивле­ния. И действительно, тонкопленочные резисторы являются самым обширным и перспективным их типом. По условиям совместимо­сти с другими элементами, прецизионности, мощности, экономич­ности, стабильности применяются резисторы и других типов, а именно: толстопленочные (стеклоэмалевые), проволочные, фоль­говые и кремниевые диффузионные (в полупроводниковых ИС).

Металлопленочные резисторы можно изготовлять на основе чис­тых химически стойких метал­лов— Та, Re, Cr (а особенно низкоомные — на основе Au, A1), спла­вов металлов и интерметаллических соединений.

Пленки тантала до­статочно стабильны, а сопротивление резистора легко подгонять под номинал (в сторону увеличения) путем анодного окисления. Тантал дефицитен, а процессы получения танталовых резисто­ров плохо совмещаются с другими операциями при изготовлении ГИС и микросборок. Поэтому они используются главным образом в схемах, целиком изготовленных по танталовой технологии, где чистый Та используются как проводник, — как диэлектрик конденсаторов, и нитрированный тантал — как резисторы.

Ренийвыделяется высокой тугоплавкостью — это второй после вольфрама металл по значению температуры плавления (3470 К), прецизион­ные резисторы на основе рения получаются проще, причем не требуется никаких дополнительных обработок.

Естественно, что ни Та, ни Re не удовлетворяют требованиям массового производства резисторов ввиду их высокой стоимости, дефицитности, сложной технологии напыления. Значительно боль­шее распространение в качестве резистивных материалов получи­ли сплавы металлов. По сравне­нию с чистыми металлами они имеют, как было установлено выше большее удельное сопротивление и меньший по абсо­лютному значению ТКЛР. Это сочетание обеспечивает их очевид­ные преимущества как резистивных материалов. Среди них пер­вым в пленочном виде был получен нихром (80% Ni, 20% Cr). Нихром используют для получения только низкоомных резисторов R<20...50 кОм.

Повышенным удельным сопротивлением обладают сплавы, в ко­торых образуются интерметаллические соединения, а среди них лучшие свойства имеют силициды. Известны силициды 60 метал­лов, но особенно высокое удельное сопротивление характерно для и

Поэтому именно хром и железо наряду с кремнием являются основными компонентами резистивных силицидных спла­вов. В технологии ГИС и микросборок часто приходится наносить на одну подложку группы резисторов, различающихся по номина­лам сопротивлений. Задача расширения диапазона не решается только за счет геометрических размеров и приходится вводить но­вые материалы. При этом очень желательно, чтобы их физико-хи­мическая природа была одной и той же. Силицидные сплавы пре­доставляют такую возможность: сейчас разработано около 15 их типов.

Кермет представляет собой оксидную матрицу, в которую по­гружены тонкодисперсные частицы хрома, причем элементный состав его тот же, что и силицидных сплавов (Cr, Si, О), но содер­жание кислорода в них выше. Кермет К-50С является оптимальным по большинству свойств и нашел широкое применение. Близость состава, свойств и методов получения силицидных сплавов и керметов позволяет рассматривать их как единую оксихромсилицидную группу резистивных материалов. Для низкоомного диапазона со­противлении предпочтительны малоокисленные пленки — силици­ды хрома со стабилизирующими добавками, для высокоомного — кермет — композиция из хромсилицидного сплава и стекла.