В качестве резисторов используют объемные сопротивления эмиттерной, базовой или коллекторной областей транзистора (рис. 6.20).
Сопротивление резистора определяется геометрическими размерами резистивной области и ее удельным поверхностным сопротивлением. Типичные характеристики интегральных резисторов приведены в табл. 6.3. Типичные значения сопротивлений резисторов, которые можно получить при данной величине р5, лежат в пределах 0,25 ρs < R < 104 ps.
Таблица 6.3. Типичные характеристики интегральных резисторов.
Тип резистора | ρs, Ом | ΔR, % | ТКС, 1/°С |
Эмиттернй | 2-5 | (1-5)*10-4 | |
Базовой | 100-300 | 5-20 | (1,5-3) *10-3 |
Коллекторный | (1-5)*103 | 15-25 | (2-4) *10-3 |
Базовой пинч-резистор | (5-10) *103 | (1,5-3) *10-3 | |
Коллекторный пинч-резистор | (4-8) *103 | (3-4) *10-3 |
Нижний предел ограничивается сопротивлениями контактных областей, верхний — допустимой площадью, отводимой под резистор.
Наиболее часто в полупроводниковых ИМС применяются резисторы, выполненные на основе базовой области. Для создания высокоомных резисторов (более 60 кОм) используют пинч-резисторы (сжатые резисторы). Пинч-резисторы имеют большой разброс номиналов (до 50 %) из-за трудностей получения точных значений толщины резистивного p-слоя.
Характерной особенностью любого интегрального резистора является наличие у них паразитных емкостей и транзисторов. Рассмотрим более детально структуру и эквивалентную схему базового резистора (рис. 6.21, а). Такая структура образует распределенный вдоль резистора паразитный транзистор типа р-n-р с распределенными емкостями Ск-б и Ск-п (рис. 6.21, б). В плане обеспечения изоляции резистора от подложки необходимо позаботиться о том, чтобы паразитный транзистор находился в режиме отсечки. С этой целью в структуре предусмотрен вывод К от n-области, на который подается положительное напряжение, запирающее эмиттерный переход транзистора типа р-п-р. В этом случае эквивалентная схема принимает вид, показанный на рис. 6.21, в. Наличие паразитной емкости
делает сопротивление резистора частотно-зависимым. Граничная частота резистора определяется постоянной времени . Поскольку
(здесь l —длина резистора, W— ширина резистора), а Спар = С0*l*Ж (здесь Со —удельная паразитная емкость), то - Следовательно, граничная частота fгр=0,5*π*τR уменьшается пропорционально квадрату длины резистора. В среднем fгр лежит в пределах от 10 до 100 МГц.
Кроме резисторов, формируемых на основе типовой структуры вертикального транзистора п-р-п, в современных ИМС в качестве резисторов используются тонкие резистивные пленки, создаваемые методом ионного легирования, когда примеси внедряются в подложку путем бомбардировки ее поверхности потоком ионов. В этом случае удается получить резистивные пленки толщиной 0,1...0,3 мкм с удельным поверхностным сопротивлением до 20 кОм. Абсолютное значение удельного поверхностного сопротивления может выдерживаться с точностью ±6 %. Температурный коэффициент сопротивления лежит в пределах ±(1-2)-10-3.
Ввиду малой толщины резистивных пленок, с ними трудно осуществить омические контакты. Поэтому по краям резистивного слоя создают диффузионные р- слои(рис. 6.22), с которыми обычным способом осуществляются омические контакты.
В некоторых полупроводниковых ИМС применяют тонкопленочные резисторы, напыляемые на поверхность диоксида кремния. Такие резисторы обладают улучшенными характеристиками: более высокой точностью изготовления, низким температурным коэффициентом сопротивления, большой граничной частотой.