Способ получения неоднородного распределения сопротивлений резистивного слоя в rc-структурах

 

Использование: в радиоэлектронике, при реализации частотно-избирательных цепей с распределенными RC-фильтрами. Сущность изобретения: предлагаемый способ основан на том, что резистивный слой выполняют из твердого электролита переменного состава, а воздействие на этот слой осуществляют, прикладывая постоянное напряжение смещения в пределах от 0,1 до 0,4 В/мм, величину которого определяют из требуемой неоднородности, и образец выдерживают под напряжением смещения в течение часа. 3 ил., 2 табл.

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к способам электрического управления параметрами RC-cтруктур, и может быть использовано при реализации частотно-избирательных цепей с распределенными RC-фильтрами.

Известны способы реализации неоднородного распределения за счет создания конструкции с переменными по длине погонными параметрами, при этом могут быть реализованы как переменные по толщине резистивные пленки (IЕЕЕ Irauf, v. Ст 20, 1973 N2 March, р. 153 154), так и по ширине (Ермолаев Ю.П. и др. Конструкции и технология микросхем. М. Сов. радио, 1980, с. 107 120). На практике используется последний вариант как наиболее технологичный. При этом ширина структуры может изменяться плавно или ступенчато. Недостатком этих способов является невозможность обратимого управления неоднородностью распределенных параметров (управление или подгонка достигается за счет лазерного сжигания (воздействия) части обкладки емкости, распределенного резистора или ее сцарапывания).

Известен способ реализации неоднородно распределенных параметров в RC-структурах за счет ступенчатого распределения параметров, состоящий из резистивного, диэлектрического и проводящего слоев, причем резистивный и диэлектрический слои выполнены ступенчато изменяющимися по толщине вдоль структуры (А.С. N 415734, Бюллетень N 6 от 15.02.74).

При этом резистивные элементы выполняют из тантала, которые проанодированы до различных уровней t₁ и t₂, а в качестве материала диэлектрического слоя использован Тa₂O₅, полученный анодированием танталового резистора в электролите или плазме. Резистивные элементы последовательно соединены напыленными алюминиевыми полосками, и поверх оксидного слоя Та₂О₅ напылен проводящий алюминиевый слой в качестве второй обкладки.

Однако данный способ трудоемок при реализации из-за сложной технологии. Но хотя он и объединяет в себе преимущества двух приведенных аналогов, тем не менее он не позволяет произвести обратимое управление неоднородностью распределенных параметров.

Технической задачей изобретения является упрощение технологии изготовления и реализации возможности обратимого управления неоднородностью распределенных параметров в RC-структурах. Эта задача в способе получения неоднородного распределения сопротивлений резистивного слоя в RC-структурах основывается на воздействии на резистивный слой и решается тем, что резистивный слой выполнен из твердого электролита переменного состава, а воздействие на этот слой осуществляют, прикладывая к его концам постоянное напряжение смещения, в пределах от 0,1 до 0,4 В/мм, величину которого определяют из требуемой неоднородности, и образец выдерживают под напряжением смещения в течение часа.

Твердый электролит (ТЭЛ) или ионно-электронные проводники это твердые тела, имеющие кроме электронной проводимости (как у металлов) еще и высокую ионную проводимость (как у солей) (Гуревич Ю.Я. Твердые электролиты. М. Наука 1986, с. 9). Ионно-электронные проводники переменного состава это ТЭЛ, способные находиться в устойчивом состоянии (т.е. обладающие свойствами ТЭЛ, без необратимых процессов) при изменении их стехиометрического состава () (так в Ag₂Te изменение достигается за счет уменьшения или увеличения концентрации ионов серебра). Максимальное (обратимое) нестехиометрическое изменение состава у теллурида серебра Ag₂Te определяется коэффициентом . Если =0, то мы имеет дело с теллуридом серебра, находящимся в стехиометрическом состоянии, т.е. Ag₂Tе; если 0, то этот теллурид серебра находится в нестехиометрическом состоянии и его электронная и ионная составляющие проводимости _e,_i отличны от электронной и ионной составляющих теллурида серебра, находящегося в стехиометрическом состоянии (L.D. YUSHINA and V.I. ТEREEHOV "THE INVESTIGATION OF PHYSICOCHEMICAL PROPERТIES OF MIXED CONDUCТORS. S.S.I 13 (1984) 71-73 North Нolland, Amsterdam.

Это и используется в предлагаемом способе за счет обеспечения неоднородной концентрации ионов по длине резистивной пленки под действием напряжения смещения происходит неоднородное изменение распределенного сопротивления (см. табл. 1 и 2).

Предложенное техническое решение удовлетворяет критерию "изобретательский уровень", так как предложенные отличительные признаки не обнаружены в опубликованных источниках информации.

На фиг.1 представлена RC-cтруктура с распределенными параметрами, реализующая данный способ. Здесь I распределенный тонкопленочный резистор, 2 пленка диэлектрика, 3 металлическая пленка, 4 электроды к распределенному резистору, Е_cм постоянное напряжение смещения.

Способ получения неоднородного распределения сопротивлений в RC-структурах с использованием ТЭЛ непеременного состава реализуется следующим образом. В начальный момент времени, в отсутствии какого-либо воздействия (U_см=0, тепловое) значение сопротивления в любом сечении распределенной резистивной пленки будет одно и то же. После подключения некоторого значения напряжения смещения в определенном направлении (или теплового поля с одной стороны распределенной резистивной пленки) происходит электро(термо)диффузия основных носителей заряда ионов и электронов по направлению создаваемого поля, и их неоднородное распределение по длине резистивной пленки (табл.1). При увеличении значения напряжения смещения ^Ucm₂^{> U}cm₁ неоднородное распределение увеличивается (табл.2).

После отключения воздействия (U_см=0, теплового) система возвращается в исходное, первоначальное, состояние по истечении некоторого времени, определяемого коэффициентом самодиффузии основных носителей (ионов и электронов).

Таким образом, в зависимости от величины напряжения смещения (U_см>0,4 B/мм недопустимо из-за возможности необратимого изменения ТЭЛ) или теплового воздействия можно получить различное неоднородное распределение резистивного слоя, а следовательно, и неоднородное распределение параметров распределенных RC-структур. При этом процесс задания неоднородности заканчивается на начальном этапе управления задание необходимого напряжения смещения, что существенно упрощает процесс управления.

Действительно, рассмотрим фиг. 2, построенную из табл.1 и табл.2 для середины длины образца (т.е. l 50% при U_см=0,1B/мм, R=11,9%; при U_см=0,2 B/мм, R=21,3%), по двум точкам экстраполируем прямую до максимально допустимого напряжения смещения U_max= 0,4 B/мм. Таким образом (см.фиг. 2), задавая 0,1U^*0,4, мы задаем необходимую неоднородность R^*, или, наоборот, по необходимой неоднородности R^* находим необходимое напряжение смещения (0,1U^*0,4 B/мм). Предложенный способ реализовался с помощью распределенной тонкопленочной RC-структуры, выполненной на ситалловой подложке. В качестве резистивного слоя (фиг. 1, поз.I) использовался ТЭЛ переменного состава Ag₂Те (теллурид серебра) (существует большое количество ТЭЛ переменного состава, наиболее простыми для реализации являются халькогениды серебра Ag₂S; Ag₂Se; Ag₂Te но наиболее высокой степенью нестехиометрии (т.е. max) обладают ТЭЛ сложно-композиционного состава, впервые синтезированные японскими авторами (Т. Тakahashi, O. Yamamoto. I. Еlectroch. Soc. 118. 1051, 1970): Ag₂Se Ag_1,7TeAg₄P₂O₇, Ag₂S Ag_1,7Te Ag₃PO₄ это наиболее стабильные при комнатной температуре ТЭЛ переменного состава.

Если мы подчеркиваем, что ТЭЛ с переменным составом, напримеp теллурид серебра, то в этом случае химическую формулу записывают Ag₂Te, если не упоминают слова с переменным составом, то это химическое вещество записывается в виде Ag₂Te. Поэтому, когда говорят, что используется ТЭЛ с переменным составом, то имеют в виду, что у них присутствует как высокая ионная, так и высокая электронная проводимости, которые существенно меняются в зависимости от увеличения или уменьшения концентрации основных носителей, что и используется в данном способе.

Толщина резистивного слоя Ag₂Te9706,94037886,458 cоставляла 0,8 1,0 мм, ширина 3 4 мм, длина 25 мм, диэлектрический слой (фиг.1, поз. 2) выполнен из двуокиси кремния SiO₂, металлический (фиг.1, поз.3, 4) из золота Au.

Образец был готов (из-за инерционности электродиффузии ионов) через 1 ч после подключения напряжения смещения.

На фиг. 3 представлен четырехполюсник для практического использования предложенного способа.

Формула изобретения

Способ получения неоднородного распределения сопротивлений резистивного слоя в RC-структурах, основанный на воздействии на резистивный слой, отличающийся тем, что резистивный слой выполняют из твердого электролита переменного состава, а воздействие на этот слой осуществляют прикладывая постоянное напряжение смещения в пределах 0,1 0,4 В/мм, величину которого определяют из требуемой неоднородности, и образец выдерживают под напряжением смещения в течение 1 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4