Полупроводниковые резисторы

2. Полупроводниковые резисторы

Полупроводниковые резисторы – это резисторы, изготовленные на основе полупроводникового материала методами полупроводниковой технологии. Различают объемные и диффузионные полупроводниковые резисторы.

Объемные резисторы получают путем создания омических (невыпрямляющих) контактов металла с полупроводником. При идеальных контактах удельное сопротивление  такого резистора определяется объемными свойствами полупроводника.

Поскольку на практике используют легированные полупроводники, их удельное сопротивление в случае полной ионизации примеси:

_=[q_N_д⁺]^-1 при N_д>> N_a

_р=[q_рN_а^-]^-1 при N_а>> N_д

Несмотря на простоту конструктивного и технологического исполнения, объемные резисторы не нашли широкого применения из-за большой занимаемой площади и температурной нестабильности.

Диффузионные резисторы формируют на основе диффузионных слоев, толщина которых намного меньше их ширины и длинны. Диффузионные резисторы изолированы от остального объема полупроводника p-n -переходом. Они могут быть изготовлены одновременно с другими элементами при формировании структуры полупроводниковых ИМС. Поэтому для реализации диффузионных резисторов в полупроводниковых ИМС используют те же диффузионные слои, которые образуют основные структурные области транзистора: базовую, эмиттерную, или коллекторную.

Сопротивление диффузионного резистора R определяется удельным сопротивлением полупроводникового слоя, его глубиной и занимаемой площадью:

( 1 )

где _s -удельное поверхностное сопротивление слоя

Диффузионные резисторы могут быть реализованы на основе любой из структурных областей транзистора. Для их использования в ИМС на поверхности структурных областей создают омические контакты.

Структура диффузионного резистора на основе структурных областей планарно-эпитаксиального транзистора на рис. 2.

Наиболее распространенны резисторы, сформированные на основе базовых слоев. При этом достигается сочетание высокого сопротивления слоя необходимого для уменьшения площади, занимаемой резистором и приемлемого температурного коэффициента.

Рис. 2

Для получения диффузионных резисторов

требуемого сопротивления, определяемого по формуле (1), диффузионные слои формируют в виде прямоугольника или змейки. В этом случае отношение l/b стремятся сделать по возможности большим. Для диффузионных резисторов характерно наличие паразитных элементов - распределенного конденсатора и распределенного транзистора.

Кроме диффузионных резисторов в полупроводниковых ИМС применяют резисторы на основе МДП-структуры. При этом в качестве резистора используют МДП-транзистор, работающий в режимах, наклонной области ВАХ. Использование МДП-структур в качестве резисторов позволяет реализовать целый ряд цифровых ИМС только на одних МДП-транзисторах.

3. Элемент КМОП - логики.

В цифровых ИМС практическое применение получили полевые транзисторы с оксидным диэлектриком, образующие контакт металл–оксид–полупроводник (КМОП). На рисунке 2 приведена принципиальная схема элемента ИЛИ–НЕ на два входа, содержащая один нагрузочный (VT3) и два логических (VT1 и VT2) транзистора.

U и.п.

VT3

F (Выход)

VT1

B (Вход 2)

А (Вход 1) VT2 А 1

В F=A+B

Рис. 3

Таблица 1¹

А	В	F
0	0	1
1	0	0
0	1	0
1	1	0

На рисунке 3 приведена схема логического элемента ИЛИ-НЕ. Она состоит из двух логических VT1, VT2 и одного нагрузочного VT3 транзисторов. Принцип работы (таб.1) заключается в следующем:

При подаче на оба логических транзистора (входы А и В) логического 0 они остаются закрытыми (I_ИС=0). Сопротивление перехода для I_и.п. велико, поэтому ток источника питания протекает через VT3 на выход схемы (контакт F) формируя уровень логической 1. При подаче хотя бы на один из входов логической 1 транзистор открывается, сопротивление перехода падает I_и.п. протекает на корпус тем самым на выходе схемы формируется уровень логического 0.

Элементы КМОП-логики нашли широкое применение в микросхемотехнике. На базе этих элементов строятся дешифраторы, триггеры, счетчики, регистры, сумматоры, умножители, элементы ПЗУ и т. д и т.п.