Resistor dalam IC Monolitik #13

Resistor dalam IC monolitik sering diperoleh dengan menggunakan bulk resistivity dari salah satu daerah yang didifusikan. Difusi base jenis-p paling sering digunakan, meskipun difusi emitter jenis-n juga digunakan. Karena lapisan difusi ini sangat tipis, maka lebih mudah mendefinisikan besaran yang disebut sheet resistance (R_s).

Sheet Resistance Jika, pada gambar berikut ini, lebar W sama dengan panjang L, maka diperoleh sebuah bujursangkar L kali L dari bahan dengan resistivitas ρ, ketebalan y, dan luas penampang tegak A = Ly.

Resistansi konduktor bujursangkar ini (dalam ohm per square) adalah: R = rho.L/A = rho.L/Ly sehingga R = ρ/y yang dinamakan sheet resistance R_s dengan satuan ohm/sq.

Hendaknya dicatat disini bahwa R_s tidak tergantung pada ukuran bujursangkar (square). Biasanya, sheet resistance difusi base dan difusi emitter berturut-turut adalah 200 ohm/sq dan 2,2 ohm/sq.

Konstruksi sebuah resistor difusi base terlihat seperti pada gambar berikut ini.

Dan tampak atasnya terlihat pada gambar di atas ini. Harga resistansi dapat dihitung sebabai berikut.

R = ρ.L/A = ρ.L/yW = (ρ/y)(L/W) maka R = R_s.(L/W)

Dimana L dan W adalah panjang dan lebar daerah difusi seperti yang terlihat pada tampak atas. Misalnya sebuah base-diffused-resistor stripe dengan lebar 1 mil dan panjang 10 mil mempunyai harga 10 x 200 sama dengan 2000 ohm. Koreksi untuk kontak ujung, biasanya secara empiris dimasukkan dalam perhitungan harga R.

Resistance Value Karena sheet resistance dari difusi base dan dari difusi emitter itu tetap, satu-satunya parameter yang ada untuk disain resistor difusi adalah panjang stripe dan lebar stripe.

Lebar stripe yang kurang dari 1 mil (0,001 inci) tidak biasa digunakan, karena ada yang dinamakan line-width variation sebesar 0,001 inci akibat dari mask drawing error, atau mask misalignment, atau photographic-resolution error yang dapat menimbulkan resistor-tolerance error (kesalahan toleransi resistor) sebesar 10%.

Rangkaian Ekivalen Sebuah model resisstor difusi yang terlihat pada gambar berikut ini termasuk di dalamnya kapasitansi-kapasitansi isolasi-base (C₁) dan junction-junction isolasi-substrat (C₂). Selain itu, dapat terlihat adanya transistor parasitik p-n-p, subtrat sebagai collector, daerah isolasi jenis-n sebagai base, bahan jenis-p dari resistor sebagai emitter.

Collector dari transistor parasitik itu dalam keadaan reverse-bias karena subtrat jenis-p berada pada potensial yang paling negatip. Emiter harus juga reverse-bias agar transistor parasitik tetap dalam keadaan cutoff. Keadaan ini dapat diperoleh dengan jalan menempatkan semua resistor dalam isolation region yang sama dan menghubungkan isolation region jenis-n di sekeliling resistor-resistor pada tegangan yang paling positip yang ada di dalam IC. Transistor parasitik mempunyai harga h_f biasanya dalam selang dari 0,5 sampai 5.

Thin-film Resistor Dengan menggunakan teknik yang disebut vapor thin-film deposition dapat juga difabrikasi resistor-resistor untuk IC. Di atas lapisan silikon dioksida dibuat lapisan film metal (biasanya nichrome NiCr) dengan ketebalan kurang dari 1 mikrometer, dan dengan proses etching memakai masker dibuat geometri yang diinginkan.

Kemudian di atas resistor logam itu dibuat lapisan insulator, sedangkan lubang-lubang bukaan (window) untuk ohmic contact dibuat melalui lapisan insulator ini. Resistor-resistor thin-film nichrome mempunyai harga sheet-resistance sebesar 40 sampai 400 ohm/sq yang dapat menimbulkan resistansi dari sekitar 20 ohm sampai 50 kiloohm.

Rancangan Tataletak Resistor Difusi Dalam IC sering diperlukan resistansi yang besar. Untuk memfabrikasi sebuah resistor difusi dalam IC biasanya dilakukan dengan difusi impuriti-p, seperti halnya difusi base untuk transistor n-p-n dalam IC.

Resistor difusi dalam IC mempunyai penampang tegak dengan struktur sebagai berikut.

Harga resistansi ditentukan oleh geometri (panjang L dan lebar W) dari tampak atas permukan resistor difusi, disamping ditentukan karakteristik profil impuritinya.

R = Rs (L/W)

L/W disebut aspect ratio dari geometri permukaan resistor, Karena itu, aspect ratio L/W menunjukkan banyaknya square yang efektip yang terdapat dalam resistor difusi.

Bila semua isolasi sudah selesai dikerjakan dengan proses difusi isolasi dan seluruh permukaan wafer sudah selesai dilapisi silikon dioksida, maka fabrikasi resistor difusi masih memerlukan masker-masker untuk proses-proses:

1. difusi jenis-p
2. pembuatan lubang-lubang kontak (window)
3. pembuatan lapisan metalisasi interkoneksi

Masker-masker yang diperlukan dalam fabrikasi resistor difusi itu juga dibuat dengan menggunakan sistem fotografi seperti pada pembuatan masker-masker untuk kapasitor MOS. Jika sheet resistance Rs diketahui maka aspect ratio L/W dapat dihitung dengan L/W = R Rs.

Dalam merancang tataletak resistor difusi harus diketahui bagaiman kontak untuk resistor  itu dibuat, karena geometri resistor mempengaruhi harga resistansinya. Antara aluminium dan silikon terdapat yang dinamakan ohmic contact yang konduktansinya 0,08 mho/mil2. Artinya, contact window seluas 1 mil2 dapat menimbulkan resistansi sebesar 1/0,08 = 12,5 ohm, yang harus dimasukkan dalam perancangan tataletak resistor difusi.

Contact window tidak boleh overlapping (tumpang tindih) dengan bagian tepi dari resistor, karena harus memenuhi kesalahan registrasi, maksimum sebesar 1 mil. Bila dimensi contact window itu minimum 1 x 1 mil, maka berarti lebar badan resistor itu W = 1 + 1 + 1 = 3 mil.

Yang sering terjadi, lebar badan resistor itu W = 1 mil. Sehingga untuk mendapatkan registration clearance, bagian ujung resistor (disebut end pad) harus diperlebar seperti terlihat pada gambar berikut ini.

Meskipun end pad itu 3 x 3 mil, tapi nilainya hanya 0,65 square, bukan 9 square.

Bila diperlukan resistansi yang jauh lebih besar, maka timbul masalah. Misalnya, diperlukan sebuah resistor 100 kilo-ohm dalam sebuah chip yang berukuran 100 x 100 mil. Dengan sheet resistance Rs = 200 ohm/sq dan lebar W = 1 mil, maka resistor mempunyai kurang lebih L = 500 mil.

Sehingga tataletak resistor itu tidak mungkin dibuat memanjang lurus. Dalam hal ini harus diterapkan tataletak dengan geometri zig-zag atau maze, seperti pada gambar berikut ini.

Tapi, pada lebar badan resistor ada garis-garis gaya medan listrik yang tidak rata, yaitu lebih rapat pada bagian sudut dalam. Sehingga satu squarepada sudut resistor tidak lagi 1 sq tapi sekitar 0,65 sq. Jadi, kalau dipandang perlu untuk menekuk resistor itu, maka hal ini harus diperhitungkan.

Contoh Soal Buatlah rancangan tataletak resistor difusi sebesar 2 kilo-ohm, dengan resistance sheet Rs = 200 ohm/sq, layout tolerance Δx/W = 5%, dan drafting accuraacy Δx = 0,00625 inch.

Musik Pelepas Lelah

• back