Большая техническая энциклопедия
2 3 6
A N P Q R S U
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
ТА ТВ ТЕ ТИ ТК ТЛ ТО ТР ТУ ТЩ ТЫ ТЯ

Тонкопленочный резистор

 
Тонкопленочные резисторы представляют собой тонкую пленку резистивного материала на поверхности диэлектрической подложки.
Тонкопленочные резисторы относительно нечувствительны к шероховатости поверхности до тех пор, пока она не превышает толщины пленки. Материалами для подложек, используемых цля этой цели, являются: стекла, полированный плавленый кварц, керамика и монокристаллические пластины. Данные Брауна [20] и Коффмэна и Тэнауера [21] в табл. 7 дают хорошее совпадение и показывают растущее влияние шероховатости поверхности на удельное сопротивление.
К определению R тонкопленочного резистора.| К определению R зигзагообразного тонкопленочного резистора. Тонкопленочный резистор рассчитывают исходя из конструктивных, технологических и электрических требований, но без учета существующих стандартных номиналов.
Тонкопленочные резисторы сравнительно устойчивы к изменению температуры.
Два варианта оформления пленочных резисторов. Тонкопленочные резисторы сравнительно устойчивы к изменению температуры. TKR в диапазоне температур ( - 60ч - 125 С) находится в пределах от - 4 до 2 10 - 4 К 1 для различных типов. Частотная характеристика резистора ограничивается паразитной емкостью.
Схематическое изображение пленочных резисторов. Тонкопленочные резисторы, представляющие собой тонкую проводящую пленку, формируются на поверхности кремниевой пластины после создания в ней активных элементов или на диэлектрической подложке. Они изолируются от остальной части полупроводниковой интегральной схемы слоем двуокиси кремния.
Тонкопленочные резисторы могут быть изготовлены путем напыления жидкого металла через трафарет, электрическим осаждением, испарением в вакууме и некоторыми другими способами. Для этих целей применяются различные металлы и их сплавы. Резисторы, получаемые напылением, широко используются в производстве миниатюрных радиоэлектронных устройств и будут рассмотрены ниже.
Тонкопленочные резисторы и конденсаторы применяют в сочетании с полупроводниковыми диодами и транзисторами, которые без герметизирующего корпуса имеют габаритные размеры порядка десятых долей мм.
Тонкопленочные резисторы изображены так, что большим номинальным значениям сопротивлений соответствуют более узкие и длинные конфигурации. Такое преобразование облегчает предварительную оценку соотношений топологических зон на начальном этапе проектирования. Отметим, что на преобразованных схемах допускаются и другие обозначения элементов.
Тонкопленочные резисторы ( ТПР являются наиболее распространенными тонкопленочными элементами гибридных интегральных схем, формированию которых уделяется наибольшее внимание при производстве гибридных схем. Основными параметрами ТПР, определяющими выбор их конструкции и материалов для их изготовления, являются величина сопротивления, номинальная мощность рассеяния, временная и температурная стабильность, слабая зависимость удельного сопротивления от различных факторов технологического процесса формирования.
Тонкопленочный резистор, помещенный в головку, выполняет функцию оконечной нагрузки широкополосного тракта, причем во всей полосе частот ( до 18 ГГц) достилается хорошее согласование нагрузки с трактом.
Тонкопленочные резисторы обычно выполняют из нихрома ( 80 % № и 20 % Сг), тантала или соединения моноокиси кремния с хромом. Если толщина резистивной пленки постоянна, то сопротивление резистора определяется только его геометрической формой и не зависит от размеров. В частности, сопротивление квадратного резистивного участка не зависит от размера стороны квадрата, а определяется только удельным сопротивлением материала и толщиной пленки. Сопротивление тонкопленочного резистора при заданной толщине резистивной пленки определяется тем, сколько квадратов может уместиться по его длине.

Тонкопленочные резисторы из тантала и титана открывают возможность совмещения функций сопротивления и емкости в одном элементе. Эти резисторы характеризуются высокой стабильностью. Соотношение металлов и окислов этих металлов ( Та2О5, TiO2) и азотистых соединений тантала ( Ta2N, TaN) в резисторах можно регулировать.
Конструкция постоянного проволочного резистора.| Конструкция постоянных микромодульных резисторов.| Конструкция подложки с тонкопленочными резисторами, проводниками и контактными площадками. Постоянный тонкопленочный резистор ИМС представляет собой нанесенный через специальную маску на изоляционную подложку 4 ( рис. 65) тонкий слой напыляемого материала в виде прямоугольной полоски или формы типа меандр. Снаружи резисторы и другие тонкопленочные элементы, кроме коммутационных площадок, покрывают распыляемым защитным слоем моноокиси кремния.
Зависимость приращения температуры резисторов из кермета при мощности 8 103 Втсм-2 от площади резистора.| Изотермы для танталовых резисторов на стеклянных подложках в зависимости от удельной мощности и соотношения площадей подложки и резистора. Под тонкопленочные резисторы, если нет серьезных причин делать иначе, целесообразно занимать всю доступную площадь. Это позволяет уменьшить погрешности, связанные с неточным воспроизведением размеров, и увеличить величину рассеиваемой мощности. На практике пло щадь всегда бывает ограничена и основная ее часть должна быть отдана под резнсто - 0 3 ры, рассеивающие самую боль - шую мощность.
Тонкопленочиый резистор. Проектируя тонкопленочные резисторы, предполагают также, что и толщина резистивной пленки одна и та же для всех одновременно изготавливаемых резисторов.
Преимущества тонкопленочных резисторов перед полупроводниковыми заключается в их более низких температурных коэффициентах, более низкой шунтирующей емкости, большей точности, а также в возможности размещения их на меньшей площади и луч-шеи изоляции.
Геометрия тспко. Расчет тонкопленочного резистора заключается в определении его геометрических размеров по заданной номинальной величине сопротивления при выбранном напыляемом материале.
Расчет тонкопленочных резисторов осуществляют в такой последовательности.
Конструкция пленочного конденсатора. Толщина тонкопленочных резисторов лежит в пределах от 0 03 до 0 3 мкм, ширина резисторов при использовании масочной технологии обычно равна 200 мкм, а при фотолитографических методах 20 - 50 мкм. Возможность изготовления миниатюрных резисторов позволяет использовать их в совмещенных ИС и в гибридных ИС с высокой плотностью монтажа. В ВЧ ИС малые размеры резисторов особенно необходимы для уменьшения их паразитных емкостей.
Материалы тонкопленочных резисторов можно условно разделить на несколько групп: резистивные материалы на основе чистых металлов, резистивные материалы на основе металлических сплавов, резистивные материалы на основе микрокомпозиций, кер-меты, полупроводниковые материалы и пр.
Неоднородность МПЛ в виде скачка ширины полоски.| Эквивалентная схема резистора на СВЧ ( а и зависимость его активного сопротивления от частоты [ б ].
Эквивалентная схема тонкопленочного резистора ( рис. 1.11) содержит последовательную цепь сопротивлений и параллельно подключенных емкостей, образующихся между кристаллами, разделенными воздушными промежутками, окисными пленками или диэлектрическими материалами. На высоких частотах плотность тока по сечению резистора неоднородна.
При расчете тонкопленочных резисторов учитывают реально возможные минимальные размеры ширины и длины резистора, которые в общем случае определяются точностью изготовления.
Конденсаторы полупроводниковых микросхем. 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.
Для изготовления тонкопленочных резисторов широко используются металлосилицид-ные сплавы и дисилициды металлов.
Однако формирование тонкопленочных резисторов методом фотолитографии является одним из процессов, наиболее критичных к самому важному фактору фотолитографии - к точности воспроизведения геометрических размеров элементов.
Зависимость ТКС от температуры ( а подложки и ( б испарителя.| Зависимость - - % от температуры. Для получения танталовых тонкопленочных резисторов используются чаще всего катодные методы распыления, однако возможно также термовакуумное напыление тантала с последующим окислением до нужного номинала в вакуумной камере струей кислорода или воздуха.
Схема осаждения пленки при испарении. Предположим, что тонкопленочные резисторы напылили на всю подложку.
Структурная схема ваттметра МЗ-56. Поглощающий элемент представляет собой тонкопленочный резистор на теплопро-водящей ( бериллиевой) керамике.
Если в технологии тонкопленочных резисторов проблема выбора материала оттесняется на второй план по сравнению с поддержанием точности геометрических параметров, то в технологии тонкопленочных конденсаторов важнейшее значение приобретает получение заданных физических свойств диэлектрических слоев и стабильности их качества. В ряде случаев на свойства конденсаторов могут влиять металлические электроды и подложка. Поэтому необходимо все эти вопросы рассматривать комплексно.
Конструкции плавно подгоняемых резисторов путем изменения их формы ( стрелки указывают направление подгонки, пунктиром обозначены участки подгонки.| Конструкции пленочных резисторов со ступенчатой подгонкой сопротивления путем добавления секций перерезанием проводящих перемычек [ а, 6 и уменьшением числа параллельно включенных рези-стивных дорожек ( в. Плавную подгонку сопротивления тонкопленочных резисторов осуществляют, изменяя или удельное поверхностное сопротивление, или форму резистивной пленки. Удельное поверхностное сопротивление изменяют путем термического, химического или механического воздействия на материал пленки. Форму резистивной пленки корректируют путем удаления части резистивного материала.

Возможна также подгонка тонкопленочных резисторов путем механической обработки пленки, например, натиранием поверхности пленки стальной полированной иглой.
Пассивная схема может содержать тонкопленочные резисторы и конденсаторы, номиналы которых не создаются методами полупроводниковой технологии.
По сравнению с диффузионными тонкопленочные резисторы обладают следующими преимуществами: поверхностное сопротивление пленок может быть значительно больше, чем у диффузионнных слоев, и может регулироваться независимо от параметров активных компонентов схем; температурный коэффициент сопротивления меньше; легче контролировать номинал резистора при одновременной подстройке абсолютной величины сопротивления; меньшие значения паразитных параметров.
Керметы используются для изготовления тонкопленочных резисторов с целью расширения диапазона сопротивлений по сравнению с получаемыми из металлов и сплавов. Из табл. 13 - 2 видно, что керметы обладают высокими значениями поверхностного сопротивления.
Силы, действующие на каплю жидкости. Для получения стабильных результатов тонкопленочных резисторов поверхность подложки должна быть обработана до высокого класса чистоты поверхности.
Из выражения для сопротивления тонкопленочного резистора видно, что теоретически можно добиться бесконечно большого сопротивления даже в пленках благородных металлов, уменьшая их толщину. На практике добиться высокого поверхностного сопротивления пленок высокопроводящих материалов ( Аи, Си, Ag) не удается в связи с физическими законами образования пленок.
Схема установки вакуумного напыления. Следует также учитывать, что тонкопленочные резисторы и конденсаторы имеют допуски, диапазон параметров, температурные коэффициенты значительно лучшие, чем твердотельные.
Сплав РС-3710 применяется для получения тонкопленочных резисторов в микросхемах общего и частного назначения, а сплав РС-3001 - для получения прецизионных тонкопленочных резисторов частного назначения.
Другими важными параметрами для расчета тонкопленочных резисторов являются ТКС и удельная мощность рассеивания PQ. В табл. 23 приведены основные параметры напыляемых материалов и получаемых на их основе тонкопленочных резисторов.
Металлические пленки применяют для изготовления тонкопленочных резисторов и обкладок тонкопленочных конденсаторов, а также для создания токопроводящих дорожек и контактных площадок в интегральных микросхемах.
Температурная стабильность и радиационная стойкость тонкопленочных резисторов примерно на порядок выше, чем толстопленочных. Тонкопленочные резисторы на основе металлов имеют низкий коэффициент шума. Основные недостатки тонкопленочных резисторов по сравнению с толстопленочными связаны с меньшей допустимой мощностью рассеяния, большей длительностью технологического цикла изготовления и большей стоимостью.
Зависимость ТКС и ДЛ / Л пленок. На рис. 13 приведены характеристики тонкопленочного резистора из сплава МЛТ-ЗМ с удельным поверхностным сопротивлением 300 Ом / П в зависимости от температуры подложки и испарителя.

В последнее время все шире применяют рениевые тонкопленочные резисторы. Основным преимуществом рения перед другими материалами, используемыми для изготовления тонкопленочных резисторов, являются: устойчивость при высоких температурах, что позволяет изготовлять резисторы с высокой мощностью рассеяния при высокой температуре; высокая стабильность пленок; невысокий температурный коэффициент сопротивления; незначительное изменение сопротивления от толщины, что облегчает изготовление высокоомных резисторов с малым разбросом сопротивления. В том случае, когда необходимо получить высокостабильные пленки с большим поверхностным сопротивлением ( порядка нескольких тысяч ом на квадрат) и низким температурным коэффициентом сопротивления, применяют тантал, вольфрам и рений.
Это достигается тщательным выбором материалов для тонкопленочного резистора и подложки, чтобы при изменении температуры изменение сопротивления, обусловленное деформацией, возникающей из-за несоответствия коэффициентов термического расширения пленки и подложки, компенсировало изменение сопротивления, обусловленное температурным коэффициентом удельного сопротивления самого материала.
Многокомпонентные ре зистинные сплавы МЛТ для тонкопленочных резисторов, содержащие Si, Fe, Cr, Ni, Al, W, устойчивы к окислению и воздействию химически активных сред.
Для машинного расчета геометрических размеров группы тонкопленочных резисторов из одного материала с различными значениями / Сф можно воспользоваться программой, структурная схема которой приведена на рис. 4.3. В качестве исходных используют данные по электрическим, конструктивно-технологическим и эксплуатационным требованиям, а также параметры выбранной резистивной пленки. В результате расчета определяется топология резисторов, их геометрические размеры и суммарная площадь.
Для того чтобы обеспечить заданные номиналы тонкопленочных резисторов при минимуме производственных затрат, необходимо знать влияние технологических факторов на свойства резистивных пленок. Эти взаимосвязи устанавливаются экспериментальным путем при разработке той или иной технологии производства резисторов. Можно назвать более 10 факторов, которые так или иначе могут влиять на конечное значение параметров резисторов.
В процессе исследования технологических процессов напыления тонкопленочных резисторов было замечено, что при определенных условиях характер распределения отклонений величины сопротивления резисторов от номинального по поверхности подложки ( градиентная погрешность) заметно отличается от закона Гаусса.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11