Có rất nhiều các quá trìnli sán XLiấi các điện trở, nhưng hay dùng nhấl là thực hiện chúng cùng lúc như các baTO’ của iranziU) 1 1- p n.
10.3.1. Điên trở loai "bazơ"
Các điện trớ dược khiiếch lán bằng bán dẫn loại p trong một ngăn cách điện loại n.
Lớp ngăn cách diện này được nối với thế dương nhất của vi mạch (hình 10.13). V ì vậy, tất cả các điện irớ của cùng một mạch có Ihc được khuếch tán trong cùng một lớp ngăn cách diện mà không phải lo lắng cái này liÀm ảnh hưởng đến cái kia. Lớp nằm sâu sát đế có tác dụng làm giảm độ lan rộng của vùng điện tích không gian, do vậy làm lăng sụt thế giữa lớp n với đế khi phân cực ngược lới giá irị V* + V. Các điện trở được khuếch tán cùng lúc với bazơ, nên chúng có cùns độ sâu như chuyển liếp B -C của tranzito.
156
Giá trị cúa diện trớ phụ thuộc vào diện trớ SLiiú túa bán dần loại p và kích thước của nó. nén Iigưtyi la định nghĩa một diện trở trung bình gọi là điện trớ ô vuông Rl u Đó là điện
írứ cúa một máu silic có chiều rộng bằng chiều dài với điện trớ suất xác định. / í của lớp khuốch tán baz(í nằm trong khoảng từ 100 đến 200Í2. V í dụ dể thực hiện điện Irở 3kQ với K = 150Q ; nếu chọn độ rộng lOnm, có nghĩa là một ô vuông có cạnh 1 0|.im có điện trở 130Q ; như vậy de chế tạo diện trở 3kQ cần một độ dài 200(.im. Hình dạng của điện trở này phai dưực chọn lựa sao cho nó chiếm vị irí ít nhâì trong vi mạch. Sai sô tuyệl đối so với giá irị chuấn không lốt hưn ±2 0 %. (jiá ìrị điện trở được thực hiện trong các vi mạch ihường chỉ giới hạn tiong khoáng từ 30Q ctến 3 0 k íì với hộ sở nhiệt độ khoảng + 0 .2 % /’C. Các giá trị điộii trở lớn hơn 30kQ thường không dược thực hiện trong vi mạch vì chúng có kích thước
C Ịiiá cồng kềnh.
Điện trở p Thành cảch điện
a)
H ình 10.13. a) cấu tạo của điện trd loại bazơ : b) cấu tạo theo phiên bản Subilo.
V) các điện trở dược cỏ lập bằi>g lớp ngăn loại n mang m ội ihế dương nhấi của vi mạch nêii giữa diện trỏ' với lớp n này lạo nên một điốt cách điên phân cực ngược có dòng điện có ihc loại Irừ, nhưng lóp này cũng lạo nên mộl tụ điện dọc theo suốt chiều dài của điện trở
\'ới diện dung không thế loại trừ dược. Giá trị của nó vào khoáng 200pF7mm\ phụ thuộc vào diện tích bổ m ĩil của diện Irở, vào điện trớ suất cùa bán dẫn của lớp ngãn cách điện n và
\'ào ihc' phán cực ngược ở hai ban cực. Chẳng hạn. với /? .: = ] 50Q rộng IO|.im có điện dung 0.14pI7kí2 : nếu dộ rộng 7Ị.iiiTlhì điện dung là 0.07pF/kQ ; do vậy để giảm điện dung ký sinh này Ihì yêu cầu đầu tièn là giảm độ lộng của điện Irứ. Hiện nay, kỹ thuậi quang khắc cho phép thực hiện các diện liư có độ rộng tối thicu là 5ịìiti.
10.3.2. Các điện trở loại em itơ
Phưưim pháp này dược sử dụng đế chế tạo các diện trớ có giá trị nhỏ, bởi vì miền em itơ có pha tạp N ' có R khoảng từ 3 dến 5Q ; do dó miền này chỉ được sử dụng để thực hiện các diện trở có giá trị nhỏ hơn lOOQ, nhưng dộ chính xác lại không cao, sai số khoảng
± 25% và sụt thế giới hạn 6 V iroiig khi điện dung ký sinh lại lương đối cao.
157
3.3.3. Điện trỏ loại “ bazơ bị kẹp'’ (pin<
(>-.--- R ---
Đế loại p
■ Iô ■ ^ A ^ ^ . r ...
10.3.3. Điện trở loại “ bazơ bị kẹp” (pinch - o ff resitor)
Phương pháp này cho phép lạo các điện trở có giá trị cao, nhưng lại ít cồng kềnh vì độ dày của lớp bán dẫn loại p cấu tạo nên điện trớ có thể được giảm bớt bằng cách khuếch tán một lớp trên vùng p của điện trờ, cùng lúc khi khuếch tán em itơ của tranzito n -p -n (hình 10.14). R¿, của nó nằm Hình 10,14. Cấu tạo của điện trở loại ”bazơ kẹp". giữa 3 đến lO k Q . T u y nhiên, đ iện trở
loại này có rất nhiều hạn chế.
- Miền nối với lớp ntỉăn cỏch diỗn N làm cho sụt thế ở hai đầu điện trớ phải nhỏ hơn 6 V.
- Điện Irở này không luyen lính với dòrm diện do hiệu ứng trường trong vùng chuyển liếp kênh p.
“ Nó có hệ số nhiệt dộ dương mạnh: +0,6%/'C.
- Nó phụ thuộc vào độ sâu của lớp N" \ à thay đổi rất mạnh từ sự khuếch tán này tới sự khuếch tán khác với hệ số từ 1 đến 2 .
- Điện dung ký sinh giữa diện trở và lóp ngăn cách điện cao do sự có mặt của hai chuýển tiếp phân cực ngược l’ -N và p N*.
Mặc dù có những hạn chế trên, nhưng diện trớ sản xuất theo phương pháp này vẫn là phương pháp duy nhất đc lạo nên các điện Irớ có giá trị cao từ 10 đến lOOkQ.
10.3.4. Điện trỏ íoại ’’colectơ”
Đổ tạo ra các điện trớ có giá trị cao nhưng lụi có sụt thế ở hai đầu lớn hơn 6 V thì phải dùng lớp epilaxic loại n dược kẹp bơi miền khuếch lán loại p. Lớp epitaxic này cũng chính
là colectơ của tranzilo n p n (iVinh 10.1!^).
Miền kẹp giữa này có phần chung \'ó'i bức lường cách điện loại p, do dỏ chuycn liếp p- N luôn luôn phân cực ngược vì đế của \’i mạch luôn luôn được nối với thế âm nhất cùa mạch. Thế đánh thủng của chuyển tiếp này rất cao: khoáng 20 -r 30V. nên có thể chịti được sụt thế cao ỏ hai dầu các diện trở có giá trị lớn từ 20kQ đến 3()0kQ. Các điệii Irớ loại này cũng có nhược điểm là kliỡng Ihê lái sản xuất và có hệ số nhiệt độ (+0,9'7c/'C) và phi tuyến vì nó gần giống với hoạt động của iranzilo trường kênh N.
Đế loại p
Hình 10.15. Cấu tạo của điện trở loại ’’colectơ” .
10.3.5. Thực hiện các tụ điện
Có hai phương pháp thực hiện các lụ điệii có điện dung cỡ vài chục picô phara trong các vi mạch. Đó là:
158
Si02
- Các diện clunịỉ MOS
Điện dung loại này được thực hiện bằng cách phú một lớp nhôm lên trên lófp o x it silic SÌO2 phủ trên bề mặt của miền khuếch tán loại có điện trớ suất rất nhỏ (khuếch tán loại em itơ) (hình 10.16).
Để thu được lớp oxit không có khuyết tật, người ta chồng chất một lớp SÌO2 dầy khoảng lOnm và một lớp Sì,N4 dầy khoảng 4nm lên trên miền N^. Điện dung của lớp này vào khoảng 1 nF/mm% nghĩa là 100pF trên một mặt vuông cạnh 100|j,m. Thế cực đại có thể chịu được là lO V.
- Điện dung phim cực
Người tci sử dụng vùng nằm giữa hai chuyển tiếp P -N phân cực ngược. Giá trị của điện dung của tụ điện phụ Ihuộc vào thế ngược, kích thước hình học và vào điện trở suất của bán dẫn. Các điện dung có giá trị đáng kể khi thế ngược ở hai đầu tụ lớn nhất là 6V. Người ta có Ihể thu dược các tụ điện có điện dung 600pf/mm^ khi thế ngược 6 V.
3
Hinh 10.16. Cấu tạo của tụ điện trong vi mạch.
10 ô 2
Hinh 10.17. Sd đồ nguyên lý tạo các dây nối trong vi mạch.
Điện trở nối tiếp với các lụ điện loại này không lớn lắm là do công nghệ MOS.
Cuối cùng là việc thực hiện các dây nối. Hình 10.17 cho thấy các nguyên tắc thực hiện các dây nối trong sơ đồ. Trong sơ đồ này, lớp có điện trở rất nhỏ đóng vai trò một dây nối giữa hai chân nối bằng nhôm 1 và 2 .