Повышение стабильности пленочных резисторов на основе твердых растворов хрома и никеля Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Аверин И.А., Р.М.Печерская

ПОВЫШЕНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ ПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ НА ОСНОВЕ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ ХРОМА И НИКЕЛЯ

В настоящей работе представлены результаты управления и стабилизации сопротивления пленочных резисторов на основе твердых растворов хрома и никеля, базирующиеся на установленных сочетаниях между температурами испарения исходной загрузки, подложки при термическом испарении в вакууме и дозированном действии рентгеновского излучения. Стабилизация выходных параметров пленочных резисторов оценивалась по величине коэффициента старения сопротивления.

Облучение пленочных резисторов осуществляется на установке рентгеновского флуоресцентного анализа ФРА-20Р с использованием жесткого рентгеновского излучения от трубки с вольфрамовым анодом при поглощенных дозах облучения D в диапазоне от 1-107 до 2-1011 Дж/кг. Облучение приводило к скачкообразному увеличению сопротивления пленочных резисторов, что вызвано образованием радиационных дефектов. Сопротивление пленочного резистора с шириной с и длиной d, подвергшегося облучению, описывается системой уравнений: до отжига

т>(т Т t t\ = [pNi ' XNi (Тисп, Тп ) • TNi (Тисп, Тп ) ,

R(1 испп,*нап,1) у/ /ф ф \ ^ +

с • Vk(Тисп,Тп) • ?шп

! pCr ' xCr (Тисп, Тп ) ' ТеГ (Тисп, Тп )] ' ^ j с • Vk (Тисп ,Тп ) • 'нал

. А&Я ' ХСг (Тисп ,Тп) ,, ,

/ 1 1 \ (1) exp | А- ХСГ’ (Тисп ,Тп ) exp [ t

после отжига

Ro6n (Тисп, Тп,D,1) = [^кон (Тисп, Тп ) + ^^нач (D)] +

! Д^обп (Тисп ,Тп,D) , (2)

Чбп (Тисп ,ТпD) N f

ехр| г

где Яобл (Тиш,ТП,D,t) - сопротивление пленочного резистора после облучения; Д^ач (Р) - величина изменения сопротивления пленочного резистора непосредственно после облучения; ДЯ^л (^испТ-D) ; Тобл (Тисп ,Тп > D) - параметры, характеризующие изменение сопротивления облученных пленочных резисто-

........ .пл - .пл

ров; р№ , рСг - соответственно удельные сопротивления никеля и хрома; х - состав пленок; у№ , ус -

коэффициенты активности никеля и хрома. Толщина пленок определяется условиями синтеза и задается в

виДе произведения ¥к(Тисп,Тп) • 'нал •

Экспериментальная зависимость облученных пленочных резисторов от технологических режимов получения и величины поглощенной дозы облучения ДЯ^д (Т -Т ,П) хорошо описывается уравнением вида

ДЯоблТиспТп,П) = ЛП^ • 40(Гисп,Тп) • Д0-083 , (3 )

где коэффициент АП^ = 4-106 (Ом ■кг0,083)/(м.д.10-Дж0,083).

Максимальное значение ДЯобл достигается при низких температурах испарения исходной загрузки и граничных для диапазона, используемых температур подложки. При этих условиях формируются пленки, обогащенные хромом, который взаимодействует с кислородом, образуя соединения с ним. Анализ значений ДЯобл для облученных пленочных резисторов показал, что они в пять раз ниже, чем ДЯ необлученных резисторов. Следовательно, облучение рентгеновскими лучами пленок на основе хромоникелевых сплавов приводит к перераспределению дефектов кристаллической решетки, способствующему улучшению структуры пленки и стабилизации параметров пленочных резисторов во времени. Облучение рентгеновскими лучами пленок вызывает не только образование радиационных дефектов, но и их радиационный отжиг вследствие миграции атомов и дефектов по кристаллической решетке из-за тепловой активации этого процесса. В первую очередь отжигаются дефекты по Френкелю, если их разделяет расстояние, равное двум - трем значениям постоянной решетки. Другими процессами, ведущими к отжигу дефектов, являются миграция вакансий и атомов внедрения по кристаллической решетке с последующей их рекомбинацией, а также диффузия дефектов к стокам дислокаций, границам зерен, внутренним порам и поверхности пленки.

После облучения резисторов рентгеновскими лучами наблюдается резкое возрастание сопротивления на величину ДЯнач , причем последняя является функцией поглощенной дозы облучения:

ДЯнач (Р) = КР • {ехР(0,) • ехр[^ • 1п(Р)] } , (4)

где - коэффициент пропорциональности, значения которого близки к 1 Ом; а# = - 4,0...- 6,3; =

(0,14-0,40).

По мере увеличения поглощенной дозы возрастают концентрация радиационных дефектов, а следовательно, и величина ДЯнач . Минимальным значениям тобл и ДЯобл соответствуют идентичные технологические режимы получения пленочных резисторов. Следует отметить, что наблюдается обратная корреляция для необлученных резисторов, когда при фиксированных режимах получения формируются пленочные резисторы, характеризующиеся минимальным значением Т и максимальным ДЯ , или наоборот. Таким образом, облучение рентгеновскими лучами пленочных резисторов, синтезированных при высоких температурах испарения исходной загрузки, сокращает область резкого возрастания сопротивления почти в четыре раза и величину ДЯобл в пять раз по сравнению с необлученными резисторами. В аналитическом виде зависимость тобл пленочных резисторов от технологических режимов получения и поглощенной дозы облучения задается уравнением

Тобл(Тисп Т,П) = ЛПТ • 4(Гисп Т) • П0-083 , (5)

где ЛБТ = 5,2-107 (с-кг0,083/м.д.3 -Дж0'083).

Подставляя (3)-(5) в выражение (2), получим уравнение, хорошо описывающее временные зависимости сопротивления резисторов, подвергшихся облучению с различной поглощенной дозой и в любые моменты времени с момента эксплуатации:

^обл (ТИСП , Тп , D t) = {=он (Тисп, =п ) +

+KD {exp(ad ) • exp[6d • ln(D)] }} +

<rv 10 f-p r-p \ 7-'.0,083

ADM • хСг(ТисП ) • D ’

exp ( ADZ- хСг(Тиси ,Ти) • D0

(б)

На рисунке 1 приведены рассчитанные и экспериментальные временные зависимости сопротивлений облученных пленочных резисторов.

1480 К, Тп = 603 К, tH.

33 0 с, электрические контакты из Al , облучение осуществлялось

при D= 2-1011 Дж/кг на 45-е сутки с момента получения пленочного резистора;

расчет

Рисунок 1 - Временная зависимость сопротивления облученных пленочных резисторов

Видно, что разработанная модель коррелирует с экспериментальными данными.

Облучение рентгеновскими лучами приводит к стабилизации выходных параметров пленочных резисторов, так, например, коэффициент старения сопротивления облученных образцов в 15-100 раз меньше, чем у необлученных в зависимости от величины поглощенной дозы облучения и технологических режимов синтеза. Как следует из рисунка 2, минимальными значениями Кст характеризуются пленочные резисторы, облученные после длительной эксплуатации, которая сопровождается спадом интенсивности процессов перестройки кристаллической решетки. Рост величины поглощенной дозы облучения приводит к увеличению коэффициента старения сопротивления из-за образования радиационных дефектов. Стабильность выходных параметров облученных пленочных резисторов в процессе эксплуатации возрастает, причем это носит резкий характер для резисторов, синтезированных при низких температурах испарения исходной загрузки, которые определяют формирование метастабильного состояния кристаллической решетки. Поэтому минимальные значения

коэффициента старения сопротивления, равные (4-6)-10-5 % , достигаются для пленочных резисторов,

сутки

синтезированных при Тисп = 160 0 К. Облучение рентгеновскими лучами эффективнее влияет на выходные

параметры пленочных резисторов, сформированных при низких температурах испарения исходной загрузки, причем наблюдается эффект насыщения в области высоких значений поглощенных доз облучения.

ЛГвт*10 % сутки 1.0

0,5

0

/.сутки

Рисунок 2 - Влияние поглощенной дозы облучения на временную зависимость коэффициента старения сопротивления пленочного резистора, синтезированного при Тисп = 1600 К, Тп = 550 К, £ = 1470 с (элек-

трические контакты из Си )

Таким образом, установленные качественные и количественные зависимости между сопротивлением, коэффициентом старения сопротивления пленочных резисторов и технологическими режимами их получения, обработки обеспечивают стабилизацию выходных параметров пленочных резисторов.