Курсовая работа: Резисторы

3.2. Порядок расчета полупроводниковых резисторов.

Как уже отмечалось, один из способов реализации резистивных элементов в полупроводниковых микросхемах заключается в использовании диффузионных слоев, полученных при формировании базовых или эмиттерных областей транзисторов. Кроме того, применяются эпитаксиальные и ионно-легированные резисторы.

Исходными данными для определения геометрических размеров интегральных полупроводниковых резисторов являются:

а) заданные в принципиальной электрической схеме номинальное значение R и допуск на него yR = ΔR/R;

б) поверхностное сопротивление легированного слоя Rs , на основе которого формируется резистор;

в) средняя мощность, рассеиваемая резистором Р, и максимально допустимая удельная мощность Ро.

г) основные технологические и конструктивные ограничения. Сопротивление резистора R — Rs l/b, где l и b — длина и ширина резистора.

Проектирование резистора с заданным номиналом сводится к определению конфигурации резистивного слоя, так как при известном поверхностном сопротивлении слоя Rs номинальное значение сопротивления резистора зависит от отношения его длины к ширине (коэффициента формы Кф = l/b). Контактные площадки, расположенные на концах полупроводникового резистора, вносят дополнительные сопротивления. Поэтому в расчетную формулу вводится поправочный коэффициент, зависящий от конфигурации контактных областей. На рис. 8. приведены несколько типовых топологий полупроводниковых резисторов. Конфигурации, приведенные на рис. 8, а, б, пригодны для реализации низкоомных резисторов с номинальными значениями от нескольких ом до одного килоома. При этом оказывается, что для очень низкоомных резисторов ширина превышает его длину.

R = Rs(l/b + 2k1), (1)

R = Rs((li + k)/b-b3k1)

где k1 = 0,07 — поправочный коэффициент.

Для резисторов с номинальными значениями, превышающими 400 Ом, можно использовать топологию, приведенную на рис. 8, в. Расчетное соотношение для определения сопротивления резистора в этом случае

R = Rs(l/b + 2k2), (2)

где k2 = 0,65 – поправочный коэффициент.

Резисторам с номинальными значениями более 1 кОм целесообразно придавать форму змейки (рис. 8, г), что позволяет значительно уменьшить площадь, занимаемую резистором. Изгибы резистора оказывают влияние на его значение, что учитывается используемым для этого случая расчетным соотношением

R = Rs (l∑/b + 2·0,65 + n0,55), (3)

где l∑ – суммарная длина прямоугольных участков; п – число изгибов резистора на угол 90 °.

Рис.8. Топологии диффузионных резисторов: а, б – низкоомные до 1 кОм; в, г – свыше 400 Ом.

Расчет геометрических размеров интегральных полупроводниковых резисторов начинают с определения их ширины. За ширину резистора принимают значений, которое не меньше наибольшего значения одной из следующих величин:

минимальной ширины резистора bтех, определяемой разрешающей способностью технологических процессов (bтех = 3,5 – 4 мкм);

минимальной ширины резистора bточн, при которой точность его изготовления равна заданной;

минимальной ширины резистора bР определяемой исходя из максимально допустимой рассеиваемой мощности:

bрас ≥ макс (bтех, bточн, bР). (4)

Ширина резистора

где Δb, Δl – абсолютные погрешности ширины и длины резистивной полоски (для типовых технологических процессов Δb = Δl = 0,05 – 0,1 мкм); Кф –коэффициент формы, определяется из соотношения Kф = R/Rs; γкФ – относительная погрешность коэф­фициента формы резистора:

γкФ = γR –γRS – γT (5)

Здесь γRS =ΔRs /Rs – относительная погрешность удельного поверхностного сопротивления легированного слоя (для типовых технологических процессов γRS = 0,05 – 0,1); γT = αR (Тмакс = = 20°С) – температурная погрешность сопротивления.

Минимальное значение ширины bР определяется как’

 (6)

где Pо – максимально допустимая удельная мощность рассеяния, выбираемая в зависимости от типа корпуса микросхемы и условий ее эксплуатации в пределах 0,5 – 4,5 Вт/мм.

Расчетную длину резистора определяют исходя из формулы (1).

Для составления топологического чертежа определяют вначале промежуточные значения ширины и длины резистора, учитывающие технологические отклонения размеров:

bпром = bрасч – 2Δтрав – αxj (7)

bпром = lрасч – 2Δтрав – αxj (8)

где Δтрав – погрешность, вносимая за счет систематического растравления контактных окон в окисле (для типовых технологических процессов Δтрав = 0,1 – 0,5 мкм); αx – погрешность, вносимая за счет ухода базовой (эмиттерной) диффузии под окисел в боковую сторону. Через α обозначен коэффициент, учитывающий распределение примесей вблизи границы резистора, причем обычно 0 ≤ α ≤ 2. Для резисторов шириной более 10 мкм боковой диффузией можно пренебречь (α = 0). В более узких резисторах боковая диффузия оказывает значительное влияние, поэтому в расчеты необходимо вводить соответствующую поправку.

Затем выбирают шаг координатной сетки d (d = 0,l; 0,2; 0,5; 1 мм) и, задаваясь масштабом 100:1, 200:1 и т. д., определяют топологические значения ширины и длины резистора:

bтоп = Kbd ≥ bпром (9)

lтоп = Kld ≥ bпром (10)

где Кb, Kl – целые положительные числа.

После этого оценивают получающуюся погрешность

γR = [R(lтоп, bтоп) – R] / R, (11)

где R(lтоп, bтоп) – сопротивление, рассчитанное по (1) при l – lтоп; b= bтоп.

Если ׀ γR ׀ > γRзад , то ширину резистора увеличивают на величину d и все вычисления повторяют.

3.3. Расчет полупроводниковых резисторов.

Все расчеты проводятся по упрощенной схеме с использованием табличных значений из справочника. Выбираем ширину базовой области для резистора:

1)  Низкоомные резисторы с номиналом R ≤ 1 кОм имеет ширину базовой области β = 30 мкм;

2)  Высокоомные резисторы с номиналом от 1 кОм до 5 кОм (1 кОм ≤ R ≤ 5 кОм) выполняются с шириной базового слоя β = 20 мкм;

3)  Высокоомные резисторы с номиналом R > 5 кОм выполняются с шириной базовой области β = 15 мкм.

Таким образом, достигается воспроизводимость параметров резисторов в объеме партии вследствие малого влияния боковой диффузии и погрешностей технологических операций.

Из справочных данных принимаем следующие величины удельного поверхностного сопротивления ρs:

1) при 100 Ом ≤ R ≤ 300 Ом ρs = 120 Ом/□

2) при 300 Ом ≤ R ≤ 2,5 кОм ρs = 222 Ом/□

3) при 3 кОм ≤ R ≤ 4 кОм ρs = 320 Ом/□

4) при 5 кОм ≤ R ≤ 10 кОм ρs = 240 Ом/□

Составим таблицу значений (таблица 3)

Таблица 3

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6