一种夹层电阻结构及其应用
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1 引言
本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/174851.htm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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