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DAC 和ADC 精度和分辨率的高低主要取決于器件內(nèi)部的電阻網(wǎng)絡(luò),DAC 和ADC 轉(zhuǎn)換器件一般多選用R-2R 梯形電阻網(wǎng)絡(luò)。電阻網(wǎng)絡(luò)性能的分析研究和制作,一直是模擬器件研制和生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。高精密薄膜電阻由于具有高電阻率、低電阻溫度系數(shù)、高穩(wěn)定性、無(wú)寄生效應(yīng)和低噪音等優(yōu)良特性,在航空、國(guó)防以及電子計(jì)算機(jī)、通訊儀器、電子交換機(jī)等高新領(lǐng)域有了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

薄膜的形成實(shí)質(zhì)上是氣-固轉(zhuǎn)化、晶體生成的過(guò)程,它大致可以分為下面幾個(gè)主要步驟:原子或分子撞擊到固體的表面;它們被固體表面的原子所吸附或直接反射回空間;被吸附的粒子在固體表面發(fā)生遷移或擴(kuò)散而移動(dòng)到表面上合適的格點(diǎn)位置并進(jìn)入晶格。這些過(guò)程以及它們之間的相互關(guān)系決定了薄膜的形成過(guò)程和薄膜的性質(zhì)。

組織結(jié)構(gòu)

一般來(lái)講,電阻薄膜中最多含有三類(lèi)相位成分:絕緣相、半導(dǎo)體相和導(dǎo)電相。在現(xiàn)代的電阻薄膜中,這些相常呈微細(xì)分布,有的甚至是成分子線度分布的,這是因?yàn)榇址稚⒔Y(jié)構(gòu)會(huì)使薄膜性能不佳。

按照導(dǎo)電相或半導(dǎo)體相在電阻薄膜中的微細(xì)分布來(lái)說(shuō),這類(lèi)薄膜的結(jié)構(gòu)可能有三種:島狀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和連續(xù)結(jié)構(gòu)。所謂島狀結(jié)構(gòu),是指導(dǎo)電微粒成孤島狀細(xì)分散于薄膜內(nèi),因而各微粒均被絕緣相所包圍。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是導(dǎo)電微粒已經(jīng)互相連接成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),在網(wǎng)絡(luò)孔眼內(nèi)是絕緣相。連續(xù)結(jié)構(gòu)是導(dǎo)電微粒已經(jīng)緊密堆積成連續(xù)薄膜,其中已很少含有絕緣相。在島狀結(jié)構(gòu)中,小島線度和島間距離都是隨機(jī)分布的,隨著薄膜厚度的增加,小島線度變大,島間距離變小。具有島狀結(jié)構(gòu)的電阻薄膜有很薄(厚度小于20nm)的金屬薄膜和絕緣相很多(體積分?jǐn)?shù)大于50%)的金屬陶瓷薄膜。對(duì)于后一類(lèi)薄膜,隨著絕緣相所占比例的增多,導(dǎo)電小島變小,島間距離增大。在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中,導(dǎo)電微粒相互連接成復(fù)雜的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電鏈密度及粗細(xì)都隨著導(dǎo)電相所占比例的上升而增加。在連續(xù)結(jié)構(gòu)中,雖然導(dǎo)電粒子緊密堆積,但是難免含有微量氣隙(絕緣相)。薄膜的質(zhì)量密度小于相應(yīng)的塊狀材料就是含有氣隙的例證之一。除了氣隙以外,在薄膜的某些微區(qū)還可能含有固體絕緣相。因此薄膜的實(shí)際導(dǎo)電厚度常小于它的幾何厚度。

綜上所述,實(shí)際制備的電阻薄膜通常是含有導(dǎo)電相、半導(dǎo)體相和絕緣相的混合物薄膜。此外,各相也不一定是單一的物質(zhì)。

另外,連續(xù)結(jié)構(gòu)的電阻薄膜還常是各層成分不完全相同的多層復(fù)合薄膜,這是由于在制膜過(guò)程中及以后的熱處理中,周?chē)鷼夥罩杏嘘P(guān)氣體濃度的變化、基片-薄膜界面處的物理擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)、薄膜表面層中的擴(kuò)散和反應(yīng),還有特意安排的制造多層復(fù)合薄膜的工藝�，F(xiàn)在常見(jiàn)的層狀復(fù)合電阻薄膜多為三層結(jié)構(gòu),底層(界面層)為使薄膜與基片匹配,并強(qiáng)化其附著,中層是電阻薄膜主體層,上層(表面層)為防潮、耐熱等保護(hù)層。除了這些目的以外,有時(shí)還為了調(diào)整或改善薄膜的電性能,也采用層狀結(jié)構(gòu)。例如,為了降低電阻率溫度系數(shù)的絕對(duì)值,可使電阻薄膜的下層電阻率 ρ大,TCR 為負(fù)值,而使上層的電阻率ρ 小,TCR 為正值。需要指出,在電阻薄膜的各層之間常常是沒(méi)有突變的界面,而是漸變的界面。層狀結(jié)構(gòu)的薄膜是在制膜過(guò)程及其后工序的熱處理中,由控制工藝而形成的,而不是各層單獨(dú)制造的。在薄膜的組織結(jié)構(gòu)中,還有導(dǎo)電晶粒是否擇優(yōu)取向的問(wèn)題。若是導(dǎo)電晶粒在電阻率上是各向異性的,顯然晶粒擇優(yōu)取向的薄膜在長(zhǎng)期穩(wěn)定性上優(yōu)于晶粒無(wú)取向的薄膜。

熱處理

電阻薄膜的熱處理的目的是在薄膜中形成一定數(shù)量的絕緣相從而改善薄膜的溫度性能,提高薄膜的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。電阻薄膜的制造往往是高溫短時(shí)過(guò)程,因此大量的非平衡缺陷和一些介穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)被保留下來(lái),致使薄膜在長(zhǎng)期工作過(guò)程中,由于這些缺陷的逐漸消失和介穩(wěn)態(tài)的逐漸轉(zhuǎn)變,薄膜的性能逐漸發(fā)生變化。通過(guò)熱處理,可以使沉積過(guò)程中產(chǎn)生的一些位錯(cuò)自行移動(dòng)到表面消失,晶界缺陷數(shù)量下降,這樣,薄膜的結(jié)構(gòu)得到很大的改善,薄膜由亞穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉�(wěn)定狀態(tài),薄膜性能趨向穩(wěn)定。另外,由于薄膜和基片常常是兩種截然不同的材料,因此在其界面處不可避免地要發(fā)生相互擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng),從而引起電阻薄膜性能的逐漸變化。類(lèi)似地,在薄膜表面,也由于擴(kuò)散和反應(yīng),使薄膜性能隨著時(shí)間發(fā)生變化。

從上述看出,未經(jīng)熱處理的電阻薄膜,其性能是不夠穩(wěn)定的,所以必須選擇合適的熱處理工藝條件,如溫度、時(shí)間和氣氛。一般來(lái)說(shuō),要選用高溫,因?yàn)橹挥性诟邷叵?才能在有限的熱處理時(shí)間內(nèi),完成薄膜中的多個(gè)過(guò)程。同時(shí)要在薄膜表面形成密實(shí)的保護(hù)層,除了選用合適的熱處理溫度和時(shí)間以外,還要選用必要的熱處理氣氛。例如,用氧化性或者氮化性氣氛。這樣形成的絕緣相可以達(dá)到極其細(xì)微的分散結(jié)構(gòu),如分子線度的微細(xì)分散,從而使得薄膜的穩(wěn)定性和溫度性能達(dá)到最佳。

電材料分類(lèi)

目前,制作電阻薄膜的材料有許多,包括純金屬、金屬合金、金屬化合物或金屬陶瓷(陶瓷和金屬的組合)等,但單片模擬集成電路和薄膜混合電路中廣泛使用的材料有三種:鎳鉻、鉻硅和鉻硅氧化物金屬陶瓷,其中鎳鉻屬于低阻類(lèi)材料,而鉻硅和鉻氧化硅屬于高阻類(lèi)材料。按照組成材料的不同,常用薄膜類(lèi)電阻材料分為三種,鎳鉻、鉻硅和鉻一氧化硅。

一、膜厚的區(qū)別,厚膜電阻的膜厚一般大于10μm,薄膜的膜厚小于10μm,大多處于小于1μm;

二、制造工藝的區(qū)別,厚膜電阻一般采用絲網(wǎng)印刷工藝,薄膜電阻采用的是真空蒸發(fā)、磁控濺射等工藝方法。厚膜電阻和薄膜電阻在材料和工藝上的區(qū)別直接導(dǎo)致了兩種電阻在性能上的差異。厚膜電阻一般精度較差,10%,5%,1%是常見(jiàn)精度,而薄膜電阻則可以做到0.01%萬(wàn)分之一精度,0.1%千分之一精度等。 同時(shí)厚膜電阻的溫度系數(shù)上很難控制,一般較大,同樣的,薄膜電阻則可以做到非常低的溫度系數(shù),這樣電阻阻值隨溫度變化非常小,阻值穩(wěn)定可靠。所以薄膜電阻常用于各類(lèi)儀器儀表,醫(yī)療器械,電源,電力設(shè)備,電子數(shù)碼產(chǎn)品等。

將結(jié)晶碳沉積在陶瓷棒骨架上制成。碳膜電阻器成本低。性能穩(wěn)定。阻值范圍寬。溫度系數(shù)和電壓系數(shù)低,是目前應(yīng)用最廣泛的電阻器。

金屬膜電阻器

用真空蒸發(fā)的方法將合金材料蒸鍍于陶瓷棒骨架表面。金屬膜電阻比碳膜電阻的精度高,穩(wěn)定性好,噪聲,溫度系數(shù)校在儀器儀表及通訊設(shè)備中大量采用。

金屬氧化膜

在絕緣棒上沉積一層金屬氧化物。由于其本身即是氧化物,所以高溫下穩(wěn)定,耐熱沖擊,負(fù)載能力強(qiáng)。

合成膜電阻

將導(dǎo)電合成物懸浮液涂敷在基體上而得,因此也叫漆膜電阻。由于其導(dǎo)電層呈現(xiàn)顆粒狀結(jié)構(gòu),所以其噪聲大,精度低,主要用他制造高壓,高阻,小型電阻器。