Резисторы ИМС можно подразделить на диффузионные, пинч-резисторы, ионно-легированные и пленочные.Исходными данными для определения геометрических размеров резисторов являются их номинальное сопротивление, а также допуск на него, поверхностное сопротивление материала, температурный коэффициент сопротивления, средняя рассеиваемая мощность и точность выполнения технологических операций.Номинальное сопротивление резисторов определяют по формуле
R = ρνl / (bd),
где ρν - удельное объемное сопротивление материала; l, b и d - длина, ширина и толщина резистивного элемента.
Сопротивление R резистора пропорционально удельному объемному сопротивлению ρν полупроводникового материала, которое зависит от уровня его легирования и температуры. Более высокому уровню легирования соответствует меньшее значение ρν, а следовательно, более низкое сопротивление R, отнесенное к единице длины l при одинаковых значениях ширины и толщины. Следовательно, можно было бы сделать вывод, что при заданной геометрической конфигурации резистивный элемент наиболее целесообразно формировать на беспримесном или слаболегированном полупроводнике. Однако удельное сопротивление такого полупроводника значительно зависит от температуры, что полностью исключает возможность его использования. Поэтому для уменьшения температурной зависимости сопротивления резистора необходим высоколегированный полупроводниковый материал. Увеличение концентрации подвижных носителей зарядов в таком материале вследствие проявления собственной электропроводности будет незначительным по сравнению с концентрацией основных носителей в широком диапазоне температур. Таким образом, номинальное сопротивление резистора в основном зависит от материала с заданным удельным объемным сопротивлением и от его геометрических размеров. Как видно из приведенной выше формулы, сопротивление резистора можно повысить, увеличив его длину или уменьшив площадь поперечного сечения.Диффузионные резисторы полупроводниковых ИМС наиболее часто формируют на базовых слоях биполярных транзисторов. Выбор этого слоя представляет собой компромиссное решение между большими геометрическими размерами, которые были бы необходимы при использовании эмиттерного слоя, и высоким температурным коэффициентом сопротивления резистора, который соответствовал бы использованию слаболегированного слоя полупроводника (например, коллектора). Однако следует отметить, что на эмиттерном слое можно формировать низкоомные термостабильные резисторы. Структура и конфигурации диффузионных резисторов показаны на рис. 61.Пинч-резисторы (рис. 62) представляют собой диффузионные резисторы, формируемые на базовых слоях и изолированные двумя параллельно расположенными обратно включенными эмиттерным и коллекторным р-п-переходами. По сравнению с обычными диффузионными резисторами, формируемыми на базовых слоях, пинч-резисторы имеют меньшую площадь поперечного сечения и более высокое удельное сопротивление, так как для их реализации используют слаболегированную часть базы. Поэтому максимальное сопротивление пинч-резис-торов может достигать 300 кОм. Недостатками пинч-резисто-ров являются относительно большой разброс параметров, нелинейность вольт-амперных характеристик и рабочие напряжения, обычно не превышающие 7 — 10 В, так как они определяются напряжением пробоя перехода эмиттер—база.
Ионно-легированные резисторы по структуре не отличаются от обычных диффузионных, однако глубина залегания изолирующего их р-л-перехода значительно меньше и, как правило, не превышает 0,2 — 0,3 мм. Кроме того, ионное легирование обеспечивает получение очень малых концентраций атомов легирующих примесей, что позволяет создавать резисторы, номинальное сопротивление которых достигает сотен килоом.
Пленочные резисторы, получаемые нанесением резистивного вещества на изолирующую пластину, имеют такую же структуру и конфигурацию, как и диффузионные. Сопротивление пленочных резисторов зависит от материала и толщины пленки и может достигать 1 МОм. После нанесения пленки резисторы обычно подгоняют под заданный номинал различными способами: механическим снятием части резистивного слоя, травлением, низкотемпературным окислением, лазерной обработкой и др.
Рис. 1. Структура (а) и конфигурации (б, в, г) диффузионных резисторов: 1,2-р-п-переходы, 3 - омические контакты к резистору, 4 — защитное покрытие (диоксид кремния), 5 - омический контакт к п-области, 6 — проводящий слой
Рис. 2. Пинч-структура диффузионного резистора
Термин «МДП-транзистор» используется для обозначения полевых транзисторов, в которых управляющий электрод - затвор отделен от активной области полевого транзистора диэлектрической прослойкой – изолятором. Основным элементом для этих транзисторов является структура металл–диэлектрик–полупроводник. По этой причине в названии транзистора используется аббревиатура МДП. Монокристаллический полупроводник n- или p-типа, на котором изготавливается МДП-транзистор, получил название подложки. Две сильнолегированные области противоположного с подложкой типа проводимости получили названия истоки сток. Область полупроводниковой подложки, находящаяся под затвором между истоком и стоком, называется каналом. Диэлектрический слой, расположенный между затвором и каналом, получил название подзатворного диэлектрика. В качестве полупроводниковой подложки в большинстве МДП-транзисторов используется GaAs и подзатворный диэлектрик. По этой причине как синоним для МДП-транзисторов применяется термин «МОП-транзистор». Канал в МДП-транзисторах может быть как индуцированным, так и встроенным.
Физической основой работы полевого транзистора со структурой металл–диэлектрик–полупроводник является эффект поля. Эффект поля состоит в том, что под действием внешнего электрического поля изменяется концентрация свободных носителей заряда в приповерхностной области полупроводника. В полевых приборах со структурой МДП внешнее поле обусловлено приложенным напряжением на металлический электрод - затвор. В зависимости от знака и величины приложенного напряжения могут быть четыре состояния области пространственного заряда (ОПЗ) полупроводника – обогащение, обеднение, слабая и сильная инверсия. Полевые транзисторы в активном режиме могут работать только в области слабой или сильной инверсии, т. е. в том случае, когда инверсионный канал между истоком и стоком отделен от квазинейтрального объема подложки областью обеднения.
Полевой транзистор относится к типу приборов, управляемых напряжением. Обычно электрод истока является общим, и относительно его определяются величина и знак прикладываемого напряжения и протекающего тока. Напряжение на затворе МДП-транзистора обозначается значком VG, на стоке транзистора - VDS, на подложке - VSS. Ток, протекающий между истоком и стоком, обозначается IDS, ток в цепи «затвор – канал» – IG.
Вид вольт-амперной характеристики МДП-транзистора в значительной мере зависит от типа полупроводниковой подложки и типа инверсионного канала. В том случае, если при нулевом напряжении на затворе VG = 0 инверсионный канал отсутствует, а по мере увеличения напряжения на затворе VG > VT появляется, такой инверсионный канал называют индуцированным. Если же при нулевом напряжении на затворе VG = 0 инверсионный канал уже сформирован, такой инверсионный канал называют встроенным. МДП-транзисторы с индуцированным каналом при нулевом напряжении на затворе всегда закрыты, а МДП-транзисторы со встроенным каналом при нулевом напряжении на затворе всегда открыты.
Зависимость тока стока IDS от напряжения на стоке VDS при различных на-пряжених на затворе VG называют проходными характеристиками МДП-транзистора, а зависимость тока стока IDS от напряжения на затворе VG при различных напряжениях на стоке VDS называют переходными характеристиками МДП-транзистора. В том случае если напряжение на стоке VDS больше, чем напряжение отсечки V*DS, на переходных характеристиках ток стока IDS от напряжения на стоке VDS не зависит.
На рис. 1 приведены вольт-амперные характеристики (проходные и переходные) n-канальных и p-канальных МДП-транзисторов с индуцированным и встроенным каналами. Здесь же указаны схемотехнические обозначения разных видов МДП-транзисторов. Из анализа этих вольт-амперных характеристик можно еще раз получить представление о знаках напряжений, подаваемых на затвор и сток МДП-транзисторов в активном режиме.
Рисунок 1 - Вольт-амперные характеристики n-канальных и p-канальных МДП-транзисторов с индуцированным и встроенным каналами.
Дата добавления: 2015-11-28; просмотров: 166 | Нарушение авторских прав