Nonlinearity of Diffusion Resistors at High-density Current

Abstract

У роботі представлено результати експериментального дослідження залежності опору дифузійних резисторів (ДР) від струму, виготовлених за технологією "кремній з діелектричною ізоляцією", з різними геометричними характеристиками, зокрема, довжиною та товщиною, при густині струму до 105 A/см2. Проведено аналіз отриманих результатів і визначено три області на кривих залежності опору резистора від струму R(I). Перша область – омічна ділянка, на якій значення опору дифузійного резистора лінійно залежить від струму. Друга область кривої R(I) характеризується наявністю сильної нелінійності та стрибками і різким збільшенням опору ДР, що пов'язано із виникненням області високого електричного поля в ДР. Третя область залежності R(I) характеризується зменшенням величини опору від струму. Чим товщим є ДР, тим менше пікове значення опору. Показано, що зміна довжини і зменшення товщини дифузійних резисторів призводять до зміни протяжності лінійної ділянки залежності R(I). Чим менша довжина, тим менший опір зразка і тим довша ділянка сталого диференційного опору. Із залежності диференціального опору від струму визначено області лінійності опору дифузійного резистора. Область лінійності опору була визначена як область, де зміна диференціального опору не перевищувала 10 % від його значення при малому електричному полі: найбільша область лінійності резистора має місце в зразку довжиною 2.4 мкм та товщиною 8.4 мкм. Виявлені особливості поведінки опору дифузійного резистора пояснюються зміною його фізичних характеристик в результаті значного самонагрівання.

The paper presents the results of an experimental study of the current dependence of the resistance of diffusion resistors (DR) produced by the "silicon with dielectric insulation" technology, with different geometric characteristics, in particular, length and thickness, with a current density of 105 A/cm2. The analysis of the obtained results is carried out and three areas on the dependence of resistance on current R(I) are determined. The first region is an ohmic plot, on which the resistance value of the diffusion resistor is linearly dependent on the current value. The second region of the curve R(I) is characterized by the presence of strong nonlinearity, jumps and a sharp increase in the resistance of the DR, which happen due to the emergence of a high electric field in the DR. The third region on R(I) is characterized by a decrease in the value of the current resistance: the thicker the DR, the lower the peak value of the resistance. It is shown that the change in the length and the decrease in the thickness of the diffusion resistors lead to a change in the length of the linear region on R(I): the smaller the length, the lower the resistance of the sample and the longer the area of stable differential resistance. The region of the linearity of the diffusion resistor is determined on the basis of the differential resistance on the current dependence. The linearity of the resistance was defined as the region where the change in the differential resistance did not exceed 10 % of its value at some small electric field: the largest region of the linearity of the resistor is present in a specimen with a length of 2.4 μm and a thickness of 8.4 μm. The revealed characteristics of the behavior of the resistance of the diffusion resistor are due to the change in its physical characteristics as a result of significant self-heating.