Диффузионным движением

Диффузионные резне то ры образуются объемным сопротивлением диффузионной области, создаваемой в процессе базовой или эмиттерной диффузии ( 1.18). Для нормальной работы диффузионных резисторов в электрической схеме необходимо, чтобы ограничивающий диффузионную область р — «-переход все время находился под обратным смещающим напряжением. Объемное сопротивление полупроводника в диффузионной области изменяется от наименьшего значения у поверхности подложки до практически бесконечного у границы обедненной области. Поэтому часто оперируют сопротивлением слоя полупроводника, выражающим интегральный эффект. При постоянной толщине слоя. сопротивление резистора пропорционально отношению длины резистора L к ширине w. В самом деле,

В полупроводниковых ИМС ширина диффузионных резисторов достигает 15...20 мкм, при этом погрешность геометрических размеров порядка нескольких микрон (см. § 2.3) приводит к отклонению величины сопротивления, не превышающему 20%. Надо учитывать, что кроме погрешности геометрических размеров существуют и другие, так что суммарная погрешность, вычисленная из соотношения типа (2.18) (не учитывающего другие отклонения сопротивления, например температурные изменения, старение), может превысить 20%.

и п--/>--типов различной конфигурации, строка 2 — п-ка-нальные транзисторы с разными значениями ширины и длины канала, строка 3 — тестовые ячейки из контактных «крестов», цепочек всех видов и простых диффузионных резисторов, строка 4 — тестовые ячейки типов «крест-мост» и диффузионных резисторов, строка 5 — МДП-конденсаторы всех видов, строка 6 — р-канальные транзисторы разных размеров.

3.6. Зависимости поправочных коэффициентов от температуры и коэффициента нагрузки 6н для диффузионных резисторов (а) и проводников металлизации (б)

Резисторы. Создание интегральных резисторов, представляющих собой тоцкий (порядка 3 мкм) слой полупроводника, происходит по планарной технологии в процессе диффузии примеси в островки подложки или эпитаксиального слоя одновременно с формированием транзисторов и диодов в других островках подложки. Такие резисторы называют диффузионными. Изоляция диффузионных резисторов от других элементов и подложки осуществляется так же, как и в интегральных транзисторах,— с помощью запертого р-/г-перехо-да.

В основе наиболее распространенного способа изготовления диффузионных резисторов лежит использование базового или эмиттерного слоя транзисторной структуры. В первом случае получают высокоомные резисторы, во втором — низкоомные, так как базовый слой имеет значительно меньшую концентрацию основных носителей, чем эмиттерный.

Часто образование резистивных участков в кристалле совмещают с изготовлением базы или эмиттера. При тщательном контроле процесса диффузии, необходимого для получения базы, получаются резистивные зоны с сопротивлением слоя порядка 200 Ом/квадрат. Резисторы, полученные одновременно с образованием эмиттера, имеют малое сопротивление слоя (порядка 2—3 Ом/квадрат). Ширина диффузионной зоны редко бывает менее 25 мкм. Из формулы (11.4) видно, что для получения резистора с R = 4 кОм при b - 25 мкм и RCJI = 200 Ом/квадрат необходимо иметь /= 500 мкм, что становится соизмеримым с размерами кристалла, используемого для изготовления монолитной схемы. Поэтому диффузионным методом затруднительно получать резисторы с большими значениями сопротивлений. Температурный коэффициент сопротивления диффузионных резисторов (ТКЯ) зависит от концентрации примесей в диффузионной зоне: чем меньше концентрация примесей (чем больше RCJI), тем больше ТКЯ.

Пленочные резисторы. Для изготовления резисторов применяют большое количество типов тонких и толстых пленок. Удельное сопротивление этих пленок, как и для диффузионных резисторов, характеризуют значением сопротивления слоя Ксл, Ом/П.

Однако этим схемам присущ ряд недостатков, которые существенно ограничивают возможности их практического применения. Так, технология производства полупроводниковых ИМС практически исключает возможность получения широкой шкалы номинальных значений сопротивления диффузионных резисторов и емкостей конденсаторов. Реальные номинальные значения сопротивлений стабильных диффузионных резисторов лежат в пределах от 200—300 Ом до 15—20 кОм. Использование диффузионных слоев с высоким удельным поверхностным сопротивлением для расширения диапазона реализуемых на их основе резисторов не может быть неограниченным, так как при этом существенным становится влияние собственной электропроводности кремния, обусловливающей недопустимо большое возрастание температурного коэффициента сопротивления. Поэтому при проектировании полупроводниковых ИМС, содержащих резистивные элементы, следует выбирать некоторое оптимальное значение удельного поверхностного сопротивления диффузионного слоя, которое позволяло бы получать достаточно малые размеры резистора при установленном значении температурного коэффициента сопротивления. Как следует из опыта проектирования и практического использования полупроводниковых ИМС, оптимальное значение удельного поверхностного сопротивления диффузионных слоев составляет около 200 Ом/П и может быть получено непосредственно в процессе формирования базовой области интегрального транзистора.

§ 2.6. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДИФФУЗИОННЫХ РЕЗИСТОРОВ

2.23. Температурная зависимость сопротивлений резисторов, сформированных на диффузионных слоях с различными значениями удельного поверхностного сопро-

Обе эти составляющие связаны с диффузионным движением основных носителей заряда. Если бы не было фактора, ограничивающего диффузионное движение носителей заряда, оно продолжалось бы до тех пор, пока концентрации электронов и дырок в

Плотность диффузионного тока. Для плотности тока через плоскость раздела, обусловленного диффузионным движением электронов, можно на основании (9-94), (9-95) и (9-99) записать:

Зная закон изменения концентрации неосновных носителей, можно определить плотность тока, обусловленного диффузионным движением инжектированных через переход носителей заряда. Однако прежде рассмотрим физические процессы в р-п переходе и прилегающих к нему областях полупроводника при условии изменения полярности включения внешней батареи.

тенциального барьера эмиттер — база уменьшилась. Поток дырок, следовательно, увеличился. Если в течение половины периода дырки успеют пройти только часть расстояния от" эмиттера до коллектора, то кривая изменения концентрации дырок в базе достигнет максимума где-то в середине базы, так как в этот момент барьер эмиттер — база увеличится и число инжектируемых дырок значительно уменьшится. Вследствие этого в базе наряду с диффузионным движением дырок в прямом направлении возникнет диффузионное движение дырок в обратном направлении. Коллекторный ток уменьшится, а следовательно, упадет и коэффициент а. Инерционность процессов в базе приводит также к фазовому сдвигу между токами /эр и 1Кр, и, следовательно, коэффициент а становится комплексной величиной.

Частотные свойства фототранзисторов определяются в основном диффузионным движением носителей в базе прибора и процессами заряда емкостей переходов. С увеличением частоты модуляции светового потока фототек уменьшается так же, как и в фотодиодах.

и вольт-амперная характеристика принимает обычный вид: ток определяется диффузионным движением основных носителей. .

Направленное движение свободных носителей, вызванное их неравномерным распределением в объеме полупроводника, называют диффузионным движением. Диффузия не связана с электрическим зарядом свободных носителей, она наблюдается и для нейтральных частиц, например молекул газа, и связана с их тепловым хаотическим движением. Теоретической основой диффузии является закон Фика, в соответствии с которым плотность потока свободных носителей Я (см~2-с"1) пропорциональна градиенту концент-

Плотность диффузионного тока. Для плотности тока через плоскость раздела, обусловленного диффузионным движением электронов, можно на основании (9-94), (9-95) и (9-99) записать:

Зная закон изменения концентрации неосновных носителей, можно определить плотность тока, обусловленного диффузионным движением инжектированных через переход носителей заряда. Однако прежде рассмотрим физические процессы в р-п переходе и прилегающих к нему областях полупроводника при условии изменения полярности включения внешней батареи.

тенциального барьера эмиттер — база уменьшилась. Поток дырок, следовательно, увеличился. Если в течение половины периода дырки успеют пройти только часть расстояния от" эмиттера до коллектора, то кривая изменения концентрации дырок в базе достигнет максимума где-то в середине базы, так как в этот момент барьер эмиттер — база увеличится и число инжектируемых дырок значительно уменьшится. Вследствие этого в базе наряду с диффузионным движением дырок в прямом направлении возникнет диффузионное движение дырок в обратном направлении. Коллекторный ток уменьшится, а следовательно, упадет и коэффициент а. Инерционность процессов в базе приводит также к фазовому сдвигу между токами /эр и 1Кр, и, следовательно, коэффициент а становится комплексной величиной.

Частотные свойства фототранзисторов определяются в основном диффузионным движением носителей в базе прибора и процессами заряда емкостей переходов. С увеличением частоты модуляции светового потока фототек уменьшается так же, как и в фотодиодах.

и вольт-амперная характеристика принимает обычный вид: ток определяется диффузионным движением основных носителей. .