5.2 Резисторы.

Структура и конфигурации пленочного ре­зистора показаны на рисунке 5.2. Как видим, в общем случае конфи­гурация пленочного резистора такая же, как диффузионного (рисунок 4.17). Она может быть полосковой (рисунок 5.2б) или зигзагообразной (рисунок 5.2в).

Рисунок 5.2

Расчет сопротивления можно проводить по фор­муле R=R_SK_Ф, где R_S - удельное сопротивление слоя зависит от его толщины и материала и K_Ф =l/b- коэффициент формы. Коэффициент формы лежит в пределах 0,1 – 50.

Типичные значения R_S и удельной мощности рассеивания Р₀ приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2

Материал	RS, Ом	Р0, мВт/мм2	Материал	RS, Ом	Р0, мВт/мм2
Хром	10-50	20	Рений	200-300	30
Нихром	300	20	Сплав МЛТ-3	500	20
Тантал	20-100	30	Сплав РС-3001	1000-2000	20
Нитрид тантала	200	30	Сплав РС-3710	3000	20
Кермет	103-104	20	Паста	102-105	20

Примечание: паста используется в толстопленочных ГИМС.

Разброс значений сопротивлений составляет: без подгонки 5%, а с подгонкой - 0,05%, ТКС - 0,2510^-4С.

Из выше сказанного можно сделать следующие выводы:

- диапазон сопротивлений пленочных резисторов несравненно шире, чем полупроводниковых (диффузионных и ионно-легированных);

- тонкопленочная технология обеспечивает более высокую точность и стабильность резисторов;

- подгонка обеспечивает существенное уменьшение разброса (допусков) сопротивлений; следовательно, возможность такой под­гонки является важным преимуществом пленочных резисторов;

Подгонку резисторов можно осуществлять разными способами. Простейший, исторически первый способ состоит в частичном меха­ническом соскабливании резистивного слоя до того, как поверхность ИС защищается тем или иным покрытием. Более совершенными яв­ляются методы частичного удаления слоя с помощью электрической искры, электронного или лазерного луча. Разумеется, все эти спо­собы позволяют только увеличивать сопротивление резис­тора. Наиболее совершенный и гибкий метод состоит в пропуска­нии через резистор достаточно большого тока. При токовой подгон­ке одновременно идут два процесса: окисление поверхности резис­тивного слоя и упорядочение его мелкозернистой структуры. Первый процесс способствует увеличению, а второй - уменьшению сопро­тивления. Подбирая силу тока и атмосферу, в которой ведется под­гонка, можно обеспечить изменение сопротивления и в ту, и в дру­гую сторону на ±30% с погрешностью (по отношению к желатель­ному номиналу) до долей процента.

5.3 Конденсаторы

Структура и конфигурация типичного пленочного конденсатора показаны на рисунке 5.3. Емкость конденсатора определяется по формуле

С= С₀S, где С₀ – удельная емкость конденсатора зависит от материала диэлектрика и толщины пленки, S- площадь конденсатора. Толщина диэлект­рической пленки d существенно зависит от технологии: для тон­ких пленок d = 0,1 - 0,2 мкм, для толстых d = 10 - 20 мкм. По­этому при прочих равных условиях удельная емкость С₀ толстопленочных конденсаторов меньше, чем тонкопленочных. Однако различие в толщине диэлектрика может компенсироваться благодаря раз­личию диэлектрических проницаемостей материалов.

П ри выборе диэлектрика для высокочастотных кон­денсаторов (как тонко-, так и толстопленоч- ных) приходится дополнительно учитывать поте­ри энергии в диэлектрике. Что касается омических потерь в об­кладках пленочных конденсато­ров, то они гораздо меньше, чем у полупроводниковых конденса­торов, потому что в качестве об­кладок используются металли­ческие слои с высокой проводи­мостью поэтому добротность таких конденсаторов высокая и может достигать Q=100.

Рисунок 5.3

В таблице 5.3 приведены типичные параметры пленочных кон­денсаторов. Из таблицы можно сделать следующие общие выводы:

Таблица 5.3

Диэлектрик		С0, нФсм2	Диэлектрик		С0, нФсм2
GeO	10-12	5-15	Ta2 O5	20-22	50-200
SiO	5-6	5-10	Sb2 S3	18-20	10-15
SiO2	4	20	Паста	-	4-10
Al2 O3	8	30-40

Примечание: паста используется в толстопленочных ГИМС.

- удельные емкости пленочных конденсаторов (при надлежа­щем выборе диэлектрика) в несколько раз пре­вышают удельную емкость МОП-конденсаторов и тем более диф­фузионных конденсаторов;

- максимальные емкости пленочных конденсаторов могут быть на несколько порядков больше, чем емкости полупроводниковых конденсаторов, главным образом благодаря большей площади (по­скольку площадь подложек ГИМС значительно превышает площадь кристаллов полупроводниковых ИС).

Для высокочастотных тонкопленочных конденсаторов опти­мальным диэлектриком является моноокись кремния, а также моноокись германия.

Следует заметить, что в последнее время, в связи с наличием миниатюрных дискретных конденсаторов (в том числе с весьма боль­шой емкостью - до нескольких микрофарад), наблюдается тенден­ция к отказу от пленочных конденса­торов и замене их навесными конденса­торами.