Проводниковые материалы высокого сопротивления.

К ним относят металлы и сплавы, у которых значение удельного сопротивления в нормальных условиях составляет не менее 0,3 мкОм*м. Основная область применения – изготовление резисторов. Функции резисторов: регулирование и распределение электроэнергии между цепями и элементами схемы. Кроме того огромное количество резисторов служит для преобразования неэлектрических величин в электрические (термо-, фото-, тензорезисторы, т.е. датчики). Исходя из обширности области применения требования к резистивным материалам достаточно разнообразны, однако, можно выделить ряд общих требований, которые характерны для большинства резистивных материалов: 1) высокое удельное сопротивление (свыше 0,3 мкОм*м), 2) малый ТКρ по величине (по модулю) – динамическая величина, 3) материал должен обладать стабильностью (минимальный дрейф удельного сопротивления под действием различных факторов, после воздействия) – статическая величина, 4) материал должен обладать совместимостью с другими электротехническими материалами (не химическая устойчивость, а возможность использования в одном процессе), 5) химическая устойчивость к другим электротехническим конструкционным материалам, 6) технологичность.

Если учесть все эти требования, то для изготовления таких резисторов у нас существует не так уж много материалов.

Углерод

Используется в дискретных резисторах в виде тонких пленок на керамическом основании, пленки получают путем термического разложения тяжелого углеводорода гептана (C₇H₁₆) при температуре ~ 1500℃ . В результате на керамическом основании выделяется углерод, который называется пиролитическим, по структуре близкий к графиту. Его удельное сопротивление составляет порядка 1мОм*см, ТКρ составляет (-2) .. (-4) *10^-4 К^-1. Считается, что он обладает высокой стабильностью, низкой себестоимостью. Стабильность ТКρ можно повысить путем легирования бора, 2-5% бора и мы получаем прецизионные, с отклонением номинала менее 0,5%. Ограничение в применении: 1)углерод не может использоваться в интегральных микросхемах, 2) низкая адгезия (прилипание) пленок углерода в подложке. Поэтому углерод не используется как материал интегральных резисторов. Сопротивление углеродных резисторов не более 100k. В настоящее время дискретные углеродистые резисторы практически перестали применяться, и только с появлением полимерных углеродистых паст, углерод как резистивный материал вернулся в электронику.

Тантал.

Тантал – тугоплавкий переходный металл. Тантал в чистом виде представляет собой хороший проводник, сравнимый с алюминием и даже медью, тантал, насыщенный азотом резко увеличивает своё удельное сопротивление, причем может достигнуть весьма значительной величины (~250,Ом*см), ТКρ тантала меньше 10^-5К^-1 (очень низкий). При окислении тантала возникает оксид Ta₂O₅. В соединении с кислородом – диэлектрик. Ограничение – стоимость.

Хром

Главное достоинство хрома – великолепные адгезионные свойства (т.е. он прилипает к любому материала) обеспечивает сцепление деталей. За это свойство, плюс высокую химическую устойчивость хром используют для предотвращения коррозии стальных деталей.

Лекция 20.03.08

Хром обладает одним из самых высоких сопротивлений для чистых металлов. Химически стоек, широко распространен в природе. Хром – основной резистивный материал, для изготовления резисторов в микроэлектронике. Благодаря хорошим адгезионным характеристикам хром используется как подслой для проводящих элементов в микроэлектронике. Пленки хрома получают путем вакуумного испарения с последующим осаждением вольфрамовых и молибденовых испарителей.

Поверхностное удельное сопротивление хрома

Тонкопленочное покрытие лежит всегда от 0,2 до 0,5 мкм (в зависимости от величины тонкопленочного материала).

ТКρ составляет менее 10^-4 К^-1. Т.е. достаточно хороший резистивный материал.