2.2.1 Полупроводниковые резисторы.

В полупроводниковых микросхемах на биполярных транзисторах для упрощения технологии в качестве резисторов широко используют базовые слои p-типа с сопротивлением R_сл=100 … 300 Ом/. Рассмотрим изопланарную структуру, поперечный разрез которой показан на рис 2.7 а). Резистивный слой 1 p-типа толщиной 1… 2 мкм размещен в кармане 2 n-типа, изолированном с боковых сторон диоксидом кремния 3. На концах слоя 1 созданы контакты 4. Для снижения площади ширина b резистивной плоскости (см. вид сверху на рис. 2.7, б) выбирается минимальный. Для повышения сопротивления (R = R_слa/b) длину a увеличивают. Резисторы с большими сопротивлениями (порядка 10 ом) выполняют в виде меандра (рис. 2.7, в), а с малыми (десятки ом) – в виде широких полосок (рис. 2.7, г). Чтобы ток протекал только по слою 1, на p-n переходе между слоями 1 и 2 должно быть обратное напряжение. Для этого область 2 с помощью контакта 5 подключается к плюсу источника питания.

Сопротивление увеличивается с ростом температуры из-за снижения подвижности дырок, причем температурный коэффициент сопротивления (ТКС) равен 0,1 … 0,3 %/^оС Технологический разброс сопротивления для разных микросхем  R/R = 10 %, в то время как резисторы с одинаковой геометрией на одном кристалле практически идентичны. Разброс отношений сопротивлений резисторов на одном кристалле менее 0,1 %, их ТКС < 0,01% / ^оС. Удельная барьерная емкость p-n перехода между слоями 1 и 2 равна (2 … 4)10^-4 пФ / мкм². Резистор вместе с распределенной по его длине емкостью образует RC-линию, которую можно использовать в аналоговых микросхемах для получения частотно-избирательных цепей. Однако в большинстве случаев емкость является нежелательной (паразитной), так как ухудшает быстродействие микросхем.

Рис. 2.7

В микросхемах на полевых транзисторах в качестве резисторов используют транзисторы с нелинейной или квазилинейной ВАХ и реже – тонкие ионно-легированные слой. На рис. 2.8, а) показан ионно-легированный резистор на арсенид-галлиевой микросхеме (1 – резистивный слой, 2 – полуизолирующая подложка, 3 – контактные области). Так как подложка является изолятором,. То паразитная емкость пренебрежимо мала. Из-за большой подвижности электронов сопротивление слоя при той же дозе легирования не порядок меньше, чем в кремниевых микросхемах. При малой длине резистора его ВАХ нелинейна (рис. 2.8, б), что обусловлено эффектом насыщения дрейфовой скорости электронов. Он проявляется, когда напряженность электрического поля в слое 1, равная U/а, превышает критическое значение E_кр = 0,3 В/мкм. Например, при R_сл = 200 Ом/, R = 1 кОм, b = 1 мкм, а = 5 мкм нелинейность возникает для U >1,5 В. Ток насыщения , где - скорость насыщения электронов.

Рис. 2.8

2.2.2 Пленочные резисторы.

Структура резистора гибридной микросхемы показана на рис. 2.9, а (1 – резистивный слой, 2 – подложка, 3 – металлические контакты). в зависимости от требуемого сопротивления резистор может иметь конфигурацию полоски рис. 2.9, б, параллельных полосок с металлическими перемычками рис. 2.9, в, либо меандра рис. 2.9,г.

Рис. 2.9

Тонкопленочный резистивный слой из нихрома толщиной менее 0,1 мкм наносят вакуумным испарением и обеспечивают R_сл до 300 Ом/, ТКС = 0,01%/^оС. Сопротивление слоя до нескольких кОм на квадрат при ТКС  0,02%/^оС имеют пленки тантала, получаемые катодным распылением. Большим R_сл (до 10 кОм/) обладают тонки пленки резистивных сплавов, например кремния и хрома в различных процентных соотношениях. Еще больше R_сл (до 50 кОм/) имеют пленки керметов –смеси диэлектрического материала с металлом (например, SiO и Cr), их ТКС порядка – 0,2 %/^оС. Технологический разброс сопротивлений тонкопленочных резисторов в разных микросхемах около 5%, а отношение сопротивлений резисторов на одной подложке выдерживается с точностью 0,1%. Их максимальное сопротивление (до 1 МОм) больше, а ТКС, технологический разброс и паразитная емкость существенно меньше, чем у полупроводниковых резисторов.

Тонкопленочные резисторы применяют не только в гибридных, но и в некоторых полупроводниковых микросхемах, в частности аналоговых диапазона СВЧ на арсениде галлия. Резистивный слой в них наносят непосредственно на поверхность нелегированной подложки.

В кремниевых цифровых БИС используются резистивные слои поликристаллического кремния толщиной 0,2 … 0,3 мкм, сопротивление которых в зависимости от концентрации легирующих примесей изменяется в широких пределах вплоть до 20 МОм/. Такие резисторы располагают над транзисторами, чтобы уменьшить площадь кристалла. Технологический разброс так же весьма велик (20 … 30%), однако это допустимо для ряда схем. Поликремневый резистор малой длины (несколько микрометров) имеет нелинейную ВАХ, обусловленную тем, что между отдельными зернами полкремния (размером порядка 0,1 мкм) существуют потенциальные барьеры (высотой около 0,2 В), препятствующие прохождению электронов.

Для получения толстопленочных резисторов применяют пасты, содержащие в качестве функциональной фазы частицы Pd и Ag₂O. Сопротивление слоя толщиной 15 … 20 мкм лежит в пределах от 50 Ом/ до 1 МОм/ в зависимости от процентного соотношения между Pd и Ag₂O, его ТКС = 0,1%/^оС. для уменьшения технологического разброса до 1 … 10% применяют индивидуальную подгонку резисторов.