Які особливості конструкції гібридних ВІС?

В чому полягає надійність мікросхем?

Література:

Сенько В.І., Панасенко М.В., Сенько Є.В. Електроніка і мікросхемотехніка. - Т.1. Елементна база електронних пристроїв. - Київ: Обереги, 2000. -300 с.

Лекція №13

Плівкові резистори і конденсатори

План

 Плівкові резистори

Плівкові конденсатори

 Плівкові резистори

 При виготовленні плівкових резисторів на підкладку наносять резистивні плівки. В залежності від опору резистора, плівка робиться або зі сплаву високого опору (наприклад, ніхрому), або із суміші металу з керамікою (кермету). На кінцях резистивної плівки роблять виводи у вигляді металевих плівок, що разом з тим є лініями, що з'єднують резистор з іншими елементами. Опір плівкового резистора залежить від товщини і ширини плівки, її довжини та матеріалу. Для збільшення опору використовують плівкові резистори зиґзаґоподібної форми. На рисунку 2 показана структура плівкових резисторів.

Рисунок 2 - Плівковий резистор: 1 - резистивна плівка; 2 - вивід; 3 - підкладка

Питомий опір плівкових резисторів виражають в особливих одиницях - омах на квадрат (Ом/2), тому що опір даної плівки у формі квадрата не залежить від розмірів цього квадрата. Дійсно, якщо зробити сторону квадрата, наприклад, у два рази більшою, то довжина шляху струму збільшиться вдвічі, але й площа поперечного перерізу плівки для струму також збільшиться вдвічі; отже, опір залишиться без зміни. Найважливішим параметром для плівкових резисторів є термічний коефіцієнт опору β. Як правило, його визначають для стабільних плівок, які пройшли термообробку. Установлено, що коефіцієнт β залежить від товщини плівки, причому із зменшенням товщини β зменшується, а при збільшенні наближається до значення, яке характерне для масивного металу. Для окремих типів металевих плівок β < 0 і може бути різним в залежності від технології одержання плівок. Важливим завданням при розробленні резисторів ІМС є одержання найменшого значення β в діапазоні робочих температур. Як показують результати досліджень, існує область товщин плівок, для якої є характерним малий термічний коефіцієнт опору, який наближається до нульового значення. Ця область товщин називається перехідною. Для конкретного матеріалу вона визначається умовами одержання плівки та може переміщуватися в залежності від цих умов. Розглянемо характеристики плівкових резисторів та матеріали, які застосовують для їх виготовлення (таблиця 1).

Товстоплівкові резистори мають такі параметри: питомий опір 5Ом/2 -1 МОм/2, номінали (0,5 - 5.10 8) Ом, точність без підгонки ±15%, точність з підгонкою ±0,2%, β ∼ 2. 10 -4 К -1. Їх стабільність гірша, ніж у тонкоплівкових резисторів.

На сучасному етапі розвитку електроніки для створення терморезисторів широко застосовуються дво- та багатошарові плівкові матеріали у зв’язку з їх високою функціональністю. Понад 30 світових фірм займаються виготовленням терморезисторів: «Bell and Howell», «Micro Gauge Inc.», «Micro Measurements» (США); «Gauge Technique», «Welwyn Electric» (Великобританія); «Philips» (Голландія) та ін.

Матеріали для виробництва терморезисторів повинні давати можливість регулювання провідності в широких межах, мати малий коефіцієнт β∼10 -5 - 10 -6 К -1 та стабільні характеристики у робочому діапазоні температур. Розроблені різноманітні методики одержання малого значення β (в основному вони базуються на методі термічної обробки багатошарових, шаруватих та багатокомпонентних матеріалів) і стабільних робочих характеристик плівкових елементів терморезисторів. Накопичений значний теоретичний і експериментальний матеріал з досліджень електрофізичних та термодинамічних властивостей, мікроструктури та фазового складу, дифузійних процесів в багатошарових та багатокомпонентних плівкових матеріалах мікроелектроніки. 

Плівкові конденсатори

Плівкові конденсатори виготовляють з двома обкладинками, одна з яких формується на підкладці у вигляді з‘єднувальної лінії, потім на неї наноситься діелектрична плівка, а зверху - друга обкладинка, яка також переходить в з’єднувальну лінію (рис. 4.3). В залежності від товщини діелектрика плівкові конденсатори бувають тонко- та товстоплівковими. Діелектрик плівкового конденсатора повинен відповідати таким вимогам: бути ізолюючим матеріалом, здатним утворювати непористі плівки; мати високу адгезію до матеріалу підкладки; бути стійким до змін температури; мати пробивну напругу 100 - 200 В;

            Рисунок 3 - Плівковий конденсатор температуру випаровування 1000 - 1200 о С; бути сумісним з матеріалом обкладинок. Для виготовлення плівкових конденсаторів використовують такі сполуки: SiO, SiO 2, GeO, ZnS, MgF 2, BaTiO 3, CrTiO 3, Al 2O 3, TaO (таблиця 2). Матеріалом для обкладинок найчастіше є Al, тому що він має низький електричний опір та температуру випаровування. У конденсаторах ІМС використовують плівки досить великої товщини. Так, товщина анодованих плівок складає d >100А, а товщина оксидних d > 500А. Необхідність використання більш товстих діелектричних плівок обумовлена тим, що одержання суцільних плівок малої товщини з постійними параметрами є досить складним. Оцінку діелектричних властивостей плівок проводять за результатами одночасного вимірювання

 Таблиця 2 - Характеристики плівкових конденсаторів ємності та тангенса кута нахилу діелектричних втрат на визначеній частоті.

Коефіцієнт втрат δ складається з діелектричних втрат відносно різних механізмів (вектор поляризації діелектрика не встигає переміщуватися за перемінним електричним полем) та втрат, які виникають за рахунок послідовного з’єднання електродів з діелектриком і характеризуються частотною залежністю. Отже, для зменшення коефіцієнта δ необхідно виконувати електроди на досить високих частотах і з металів з малим питомим опором. Діелектричні втрати також сильно залежать від умов осадження плівок. Дослідження коефіцієнта δ, проведене в широкому діапазоні частот для різних діелектричних плівок, дозволяє виявити такі загальні закономірності: діелектричні втрати зменшуються через старіння плівок; на частотах, нижчих 100 кГц, коефіцієнт δ зменшується із збільшенням частоти і збільшується при адсорбуванні плівками вологи.

Питання: