2. Пассивные компоненты ис схемотехника радиоэлектроника микросхема транзистор
К пассивным компонентам ИС относятся резисторы, конденсаторы, индуктивности и внутрисхемные соединения.
Резисторы в тонкопленочных ИС представляют собой или полоску, или пленку определенной конфигурации, нанесенную между двумя контактами на непроводящем основании (подложке). На рис. 2.49, а, б показаны две основные конфигурации пленочных резисторов.
Изменение сопротивления резистора осуществляется как за счет изменения геометрических размеров пленки (ширины, длины и толщины), так и за счет изменения ее материала. Металлопленочные резисторы изготовляют путем осаждения из паров нихрома, тантала, нитрида тантала или смеси металлов с диэлектриком, которые называются керметами. Их применение обеспечивает высокое удельное сопротивление.
Керметы получают из хрома и монооксида кремния путем одновременного осаждения их из паров на подложку.
Свойства элементов тонкопленочных ИС во многом зависят от качества подложки, выполненной из стекла, керамики или пластмассы. К микронеровностям поверхности подложки предъявляют жесткие требования. Их размер колеблется от 0,5 до 1,5 мкм.
В монолитных ИС роль резистора выполняет объемное сопротивление участка монокристалла полупроводника, в объеме которого изготовляют монолитную ИС. Кристалл в этом случае является подложкой.
Рис. 2.49. Конструкция пленочных резисторов (а, б); структура диффузионного резистора (в); эквивалентная схема диффузионного резистора (г): 1 – пленка резистора; 2 – эпитаксиальная пленка; 3 – подложка
Для получения требуемого номинала резистора размеры соответствующего участка и также проводимость его должны иметь строго определенные значения.
Чаще всего резисторы получают путем локальной диффузии примесей через маску, ограничивающую зону резистора. При этом процессе на подложке одновременно создаются базовые или эмиттерные области соответствующих транзисторов. Резисторы, полученные с помощью диффузионной технологии, называют диффузионными. Как правило, они формируются во время процесса базовой диффузии, т. е. одновременно с образованием базовых слоев всех транзисторов. Следует отметить, что при изготовлении ИС на каждой стадии обычно производят двухэтапную диффузию одного типа примесей (донорной или акцепторной).
В процессе такой диффузии на поверхности полупроводника образуется слой оксида, который при следующей диффузии (процесс получения эмиттеров у транзисторов ИС) защищает образовавшийся ранее диффузионный резистор от проникновения в него примесей, создающих другой тип электропроводности. Затем с помощью фотошаблона с использованием метода фотолитографии травлением производят удаление оксида с участков, где предусмотрен контакт. В образовавшиеся окна в вакууме напыляют алюминий, образующий контакты резистора (В). Структура подобного диффузионного резистора представлена на рис. 2.49, в.
Эквивалентная схема диффузионного резистора (рис. 2.49,г) достаточно сложная. В нее входят транзистор, коллекторный переход которого образован эпитаксиальной пленкой и подложкой, а эмиттерный переход образован слоем резистора и эпитаксиальной пленки. Сопротивление контактов и подводящих электродов показано на эквивалентной схеме в виде резистора R1=10 Ом.
На подложку, являющуюся коллектором транзистора, обычно подается самый низкий потенциал. Эмиттерный переход в нормально работающей схеме закрыт. Если же по какой-либо причине в цепи базы появится ток, например из-за утечки, то в соответствии с принципом действия транзистора в цепи резистор – подложка начнет протекать ток, в h21э раз больший тока базы. Поэтому при проектировании схемы необходимо, чтобы слой n находился под самым высоким положительным потенциалом.
Сопротивления диффузионных резисторов не превышают 30 кОм. Погрешность их выполнения 10—20%. Значения барьерных емкостей C1 и C2 невелики, и их влияние сказывается лишь на достаточно высоких частотах.