多晶硅电阻介绍

多晶硅电阻（Polycrystalline Silicon Resistor，简称Poly-Si Resistor）是十分常见的电阻，它们具有可调的电阻值、良好的热稳定性和与CMOS工艺兼容的优点。在集成电路中，Poly电阻一般位于氧化层上方，使用化学气相沉积（CVD）方法在二氧化硅层上沉积一层多晶硅，厚度通常在几十到几百纳米之间。阻值可以通过掺杂来调节，用的掺杂方法包括扩散和离子注入，掺杂剂可以是磷（n型）或硼（p型），具体取决于所需的电阻特性。

多晶硅电阻的电阻值可以通过控制多晶硅的厚度、掺杂浓度和几何尺寸来调节，电阻值范围通常在几欧姆到几千欧姆之间，PloySi电阻通常具有良好的线性度，即电阻值与电压、电流关系接近线性。多晶硅电阻的温度系数与掺杂浓度有关，高掺杂浓度的多晶硅电阻通常具有较低的温度系数，表现为较小的电阻随温度变化的波动，这里列举的N+多晶硅电阻和P+多晶硅电阻。

图1 Virtuoso中N+和P+多晶硅电阻Pcell版图

图2 多晶硅电阻伏安特性和阻值大小

多晶硅电阻的温度特性

电阻的阻值受到温度的影响，绝大多数的金属电阻、单晶硅半导体电阻（阱电阻有源区电阻等）等均具有正温度特性，即电阻的阻值随着温度的升高而增加，这是因为温度的升高导致晶格散射、振动更加剧烈，降低了载流子的迁移率使得阻值增加。

单晶硅是一种半导体材料，具有非常有序的晶体结构。它的导电性主要依赖于自由电子和空穴（电子缺位）的运动。在低温下，单晶硅中的自由电子和空穴数量较少，电阻较高。随着温度升高，热能使得更多的电子从价带跃迁到导带，产生更多的自由电子和空穴，从而降低电阻。然而，在单晶硅中，还有一个重要的因素是声子散射。随着温度升高，晶格振动（声子）变得更加剧烈，这会增加电子和空穴的散射，导致它们的运动变得更加困难。散射效应在高温下变得显著，抵消了由于载流子增多带来的电阻降低效应，最终导致电阻随温度升高而增大。

多晶硅由许多小的硅晶粒组成，这些晶粒之间存在晶界（grain boundaries）。晶界处往往存在缺陷和杂质，这些缺陷和杂质会捕获电子，形成势垒，使得电子通过晶界变得困难，从而增加电阻。在低温下，这些势垒对电子的阻碍作用较大，电子难以跨越晶界，导致多晶硅的电阻较高。而随着温度升高，热能增加，电子获得更多的能量，更容易跨越这些势垒，导致电阻降低。因此，多晶硅的电阻随着温度的升高而降低。

综上，在单晶硅中，随着温度升高，虽然自由电子和空穴数量增加，但由于声子散射效应增强，电阻最终增大。在多晶硅中，随着温度升高，电子更容易跨越晶界势垒，电阻减小。这两种材料的不同电阻随温度变化的行为主要是由于它们的晶体结构和电子运动机制的差异所导致的。下图是Pwell电阻和多晶硅电阻的仿真结果。

图3 单晶硅阱电阻和多晶硅薄膜电阻的温度特性