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一种夹层电阻结构及其应用

发布时间:2020-07-01 01:46:11 阅读: 来源:外墙岩棉板厂家

1 引言

本文引用地址:在集成电路的线路设计中,特别是模拟电路的设计中,不可避免地都会需要用到电阻。对于低阻值的应用,一般可以用铝线电阻、多晶电阻、N+电阻或者P+电阻等实现。对于更大一点的电阻,则可以用N阱电阻、P阱电阻或者高阻多晶等实现。对于更高阻值要求,或者阻值要求高但是占用面积要小且精度要求不高,这时候可以用倒比的MOS管或者夹层电阻来实现。顾名思义,夹层电阻就是被其他层次夹在中间的电阻,夹层电阻的方块阻值一般在5~50 kΩ,随着电压的提高,还可以到100 kΩ或更高。

2 夹层电阻结构及原理特性分析

2.1 夹层电阻的结构

在集成电路工艺中,实现夹层电阻有很多种方法。本文研究的夹层电阻就是其中的一种,它不需要通过额外增加光刻MASK层就能实现。图1为该夹层电阻的平面示意图。

图1中,夹层电阻区为低浓度的P型注入区,它主要利用工艺中的现有层次实现,比如Pbase层或者Pbody层。该P型夹层电阻区被N+和N阱完全包围,因此该结构就是一个被N+和N阱两个层次夹在中间的P型夹层电阻。

2.2 夹层电阻的特性

夹层电阻的优势是阻值很高,缺点是对电压比较敏感。对该夹层电阻进行I-V扫描,起始电压为0 V,步进为0.5 V,结果发现如下特性:当电阻两端电压从0开始增加时,夹层电阻的阻值迅速上升,但是到电压超过4 V左右后,电阻阻值虽然还是继续增加,但是此时呈现出线性上升的特性,即电阻跟随电压呈比例地上升,当电压到14~15 V左右时,电阻开始急剧减小,呈现出击穿效应。把上述电阻测试时的I-V数值进行曲线拟合,得到图2.

图2中,拐点Vp约为4 V,拐点Vb约为14~15 V.

2.3 夹层电阻的原理分析

观察该曲线,发现它很像MOS管的输出特性曲线。进一步分析其纵向结构发现,该夹层电阻实际上可以理解成一个P沟道的JFET管(结型场效应管),它的纵向剖面示意图如图3所示。

图3中,JFET管的沟道区为低浓度的P型注入区,P型沟道被N+和N阱上下夹住,因此可以把N+和N阱看成JFET管的栅极(Gate),把两个SP注入区一个看成JFET管的源端(Source),另一个看成JFET管的漏端(Drain)。

因此在图2中,拐点Vp就是该P沟道JFET管的夹断电压,当-Vds电压超过Vp后,JFET管产生夹断,源漏电流开始趋于稳定。拐点Vb为该P沟道JFET管的击穿电压,当-Vds电压大于Vb后,JFET管产生击穿,Ids增大。

在前面的夹层电阻测试时,实际上是把PJFET管的栅端(Gate)和源端(Source)短接,形成了图4所示的连接结构。

由图4可知,只要把该JFET管的栅源短接且都接到输入工作电压Vin上,则当电压在Vp和Vb之间变化时(即Vp

一般来说,Vp在3~4 V左右,而Vb可以在10~15 V左右甚至更高,当然,由于不同工艺间的差异,Vp和Vb的大小会有所不同。

上述单器件电流源能满足输入电压在4~15 V左右之间变化时,输出恒定电流。为了获得更宽的电压范围,需要对上述电路进行改进,如图5.

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