Контрольная работа по физике

Резисторы полупроводниковых ИМС

Резисторы широко применяются в цифровых и особенно в линейных интегральных микросхемах. Полупроводниковые резисторы формируются в поверхностном объеме кристалла, как правило, одновременно с изготовлением активных элементов микросхем [1, 3, 4]. Резисторы исполняются в выбранных слоях структуры БПТ. Такими слоями могут быть эмиттерный, базовый, коллекторный и композиционные, так называемые «зажатые» (pinch) слои базы и коллектора. Технологические исполнения слоев представлены тремя вариантами:

диффузионным;

эпитаксиальным;

ионно-имплантированным.

Как отмечалось ранее, конструкция резистора представляет собой полосу в слое, от которой с двух сторон предусмотрены отводы. Резисторы от других элементов схемы в кристалле изолируются p-n-переходом или, если слой коллекторный, изоляцией, принятой для изоляции коллекторов БПТ. Резисторы могут быть изготовлены на основе эпитаксиальных пленок поликристаллического кремния, наносимых на диэлектрические основания.

Структуры резисторов полупроводниковых ИМС


Наиболее широко применяются полупроводниковые резисторы, сформированные на основе коллекторного (1), базового (3) или эмиттерного (4) слоев ЭПСК транзисторной структуры (см. рисунок 2.55). На рисунке 2.55 эпитаксиальный коллекторный слой разделен на «карманы» областями разделительной диффузии (2), на которые, как и на базовый несущий слой для резисторов в эмиттерном слое, подключается обратное смещение относительно применяемого резистивного слоя. Для резистивных слоев, изображенных на рисунке 2.55, полагается, что напряжения на их металлизированных выводах положительны относительно вывода от несущих р-слоев (Общ) и не превышают +Еп.

Вследствие пространственной протяженности резистивных полос полупроводниковых резисторов, изолированных p-n-пере-ходами, напряжения смещения, и соответственно ширина перехода, удельная емкость зависят от пространственных координат. Для интегральных оценок параметров таких резисторов применяется усреднение удельной емкости по длине резистора. В цифровых переключениях логических элементов из одного состояния в другое напряжение на изолирующих переходах резисторов не остается постоянным и для интегральных оценок также подлежит усреднению по состояниям (во времени).

Простейшая конструкция резистора представляет собой участок полупроводникового слоя, на концах которого расположены металлические контакты. Толщина слоя определяется глубиной залегания слоя изоляции. Профиль, изолирующей поверхности резистора, определяется технологией формирования слоя, и к оценке ее геометрии применимы заключения, сделанные в параграфе 2.13.5 в отношении транзистора. Толщина слоя изоляции между резистивным слоем и несущими слоями составляет доли микрометра. Поэтому средняя удельная емкость изоляции может достигать (400–500) пФ/мм2, и в схемы замещения резисторов включается емкость на несущее основание Си.

Вследствие неравномерности легирования по глубине, диффузионные слои характеризуются средним удельным объемным сопротивлением r или средним удельным поверхностным сопротивлением R□.. Величина R□ не зависит от линейных размеров квадрата, а определяется только свойствами полупроводникового материала и толщиной резистивного слоя. Для ИС, изготовляемых по эпитаксиально-планарной технологии, сопротивление R□ в среднем составляет (25…150) Ом для коллекторного слоя, (200…300) Ом для базового слоя и (2,5…10) Ом для эмиттерного слоя.

Высокоомные резисторы с изоляцией p-n-переходами формируются на основе базовых слоев, ограниченных по толщине соединенными параллельно эмиттерным и коллекторным слоями. Резистивный слой таких резисторов представляет собой канал р-типа с толщиной, равной ширине нейтральной базовой области, изолированный со всех сторон обратно смещенным p-n-пере-ходом. Структуры высокоомных резисторов субмикронной толщины с изоляцией p-n-переходом формируются в ионно-имплан-тированных поверхностных слоях.

Топологические конфигурации резисторов

Топологические конфигурации резисторов представляют выделенные в выбранном (коллекторном, базовом или эмит-терном) слое полосы.

 На рисунке 2.56 приведен пример топологической конфигурации резистора. Концевым областям полосы придается одна из показанных на рисунках (2.59 — 2.62) графических форм. Электрическая длина резистивной полосы зависит от наличия и формы введенных в топологию изгибов. Сопротивление изогнутого топологического участка нелинейно зависит от соотношения размеров участков изгиба. Для исключения учета нелинейных зависимостей применяются ограничения на соотношение размеров изогнутого участка.

На рисунке 2.57 изображены две модификации уголковых изгибов. В модификации, изображенной на рисунке 2.57, а, три квадрата (1–3) уголкового изгиба соответствуют коэффициенту формы изгиба Кфизг = 2,55. Пяти квадратам уголкового изгиба,

 


изображенного на рисунке 2.57, б, соответствует коэффициент формы изгиба Кфизг = 4. Для изображенных форм следующий смежный уголок может быть размещен (для сохранения коэффициента формы изгиба) не ближе внешней границы изгиба (или с отступом от нее).

Пример. Оценить значение горизонтального транзистора при следующих исходных данных: Wb = 6 мкм; Dp = 6 см2/сек; W1 = 3 мкм; W2 = 2,5 мкм; Soe/Sbe = 3.

Проектные параметры резисторов

Алгоритм проектирования полупроводниковых резисторов


Импульсные и цифровые устройства