1.3 Основные электрорадиоэлементы полупроводниковых интегральных микросхем

Полупроводниковыми интегральными микросхемами (ИМС) называют такие схемы, у которых все элементы и межэлементные соединения выполнены в объеме и (или) на поверхности кристалла полупроводникового материала. Они могут быть построены на различных материалах. Однако наибольшее применение находит кремний вследствие широкого интервала рабочих температур и возможности получения на его поверхности стойкой пленки диоксида кремния Si0₂. Эта пленка служит защитным покрытием при проведении ряда технологических операций, предохраняет схему от внешних воздействий и применяется для изоляции отдельных элементов.

Перспективным материалом является арсенид галлия. Он обладает высокой подвижностью электронов, прозрачен в инфракрасной области, имеет высокую теплопроводность и хорошие электрооптические свойства. Схемы, построенные на арсениде галлия, обладают по сравнению с кремниевыми в 5 раз большим быстродействием, меньшей мощностью рассеяния и более значительной радиационной стойкостью. Арсенид галлия применяют в оптоэлектронных и других устройствах, где используются его специфические свойства. Широкое использование его ограничивается трудностями получения монокристаллов больших размеров и создания изолирующих слоев. Преодоление этих трудностей может сделать этот материал основным при изготовлении полупроводниковых интегральных схем.

Элементами полупроводниковых микросхем являются резисторы, конденсаторы, диоды и транзисторы. Диоды и транзисторы — основные элементы. Они имеют те же ха-рактеристики, что и в дискретном исполнении.

1.3.1 Резисторы.

По значимости они занимают следующее место после полупроводниковых приборов. Резисторы применяют двух типов: полупроводниковые и тонкопленочные (рис.1.16).

Полупроводниковые резисторы получают методом диффузии (рис. 1.16,а). Они имеют малые размеры с номинальными значениями от 25 Ом до 25 кОм. Такие резисторы отделяют от остальной части кристалла методом изолирующей диффузии. Значение сопротивления зависит от размеров резистивного слоя. Сопротивление диффузионной области может быть выражено в единицах поверхностного сопротивления материала_к :

R=_K L/b,

где L ― длина резистора;b ― ширина резистора.

Контактные площадки, расположенные на концах диффузионного резистора, вносят дополнительное сопротивление, которое учитывают поправочным коэффициентом. При R = 4 кОм и_к== = 200 Ом/□

L/b=R/_к=4000/200=20/1.

Из технологических соображений ширина резистора b принимается равной 25 мкм; следовательно,L=500 мкм. Точность диффузионных резисторов составляет ±(10...20)%. Она зависит от равномерности распределения примесей и точности выполнения конфигурации резистивного слоя.

Максимальная допустимая мощность, рассеиваемая диффузионными резисторами, достаточно велика и определяется главным образом возможностями осуществления теплоотвода. Абсолютные значения сопротивлений имеют сравнительно большой разброс в разных образцах, но обеспечивают достаточно хорошее согласование сопротивлений в одной схеме.

Тонкопленочные резисторы (рис. 1.16,6) представляют собой пленку материала с большим сопротивлением, расположенную на пленке диоксида кремния. Наибольшее применение имеют резисторы из нихрома. Наличие хрома в составе резистора обеспечивает хорошее сцепление пленки со слоем диоксида кремния.

Типичные тонкопленочные резисторы имеют сопротивление от 15 до 800 Ом/, а температурный коэффициент 510^{- 4}1/°С.

Преимущества тонкопленочных резисторов заключаются в возможности размещения их.на меньшей площади и лучшей изоляции. Значение паразитных емкостей у них значительно меньше, чем у диффузионных. Такие резисторы можно выполнять с точностью до ±1%. Однако использование тонкопленочных резисторов требует введения дополнительных операций технологического процесса, которые приводят к удорожанию схемы. Тонкопленочные резисторы обычно применяют в тех случаях, когда требуются стабильные и точные сопротивления больших номиналов.