改變電阻材料的電氣和熱性能的方法
【專利摘要】一種改變電阻器的電阻的方法，包括：使用第一類型的微調方法微調電阻器，以增加電阻器的電阻測量超出目標電阻值；和使用第二類型的微調方法反復微調，直到電阻器的功率系數(shù)(PCR)或電阻測量的溫度系數(shù)(TCR)實質上接近于零。
【專利說明】改變電阻材料的電氣和熱性能的方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請請求于2012年4月10日提交的美國臨時申請61/622297的優(yōu)先權。

【技術領域】
[0003]本發(fā)明一般涉及改變電阻材料的電性能和熱性能，尤其是可結合不同類型的微調以電和熱穩(wěn)定電阻器的電阻的方法。

【背景技術】
[0004]精密電阻由定義可知需要定義的精密電阻。然而，如果沒有特殊的處理，該電阻的電阻值大致隨著環(huán)境參數(shù)而變化。具體而言，當電力被施加到電阻器(諸如，硅鉻(SiCr)薄膜電阻器)時，通過該電阻上的功率所產(chǎn)生的熱量實質上減小電阻器的電阻。圖1示出了未微調電阻作為施加到電阻器的功率的函數(shù)的電阻曲線。如圖1所示，當施加到未微調電阻的功率增加時，電阻可以大大地減少。這是由于電阻中增加的耗散功率，即導致電阻器結溫度的上升。隨著溫度升高，加熱電阻器中自由電子密度增加，從而該電阻降低。作為功率函數(shù)的電阻變化量可以表征為電阻的功率系數(shù)(PCR)，其可被定義為PCR= Λ R/Λ P，其中ΛΡ是功率變化和AR是電阻變化。PCR對應于電阻曲線的斜率。電阻器的相關參數(shù)是電阻的溫度系數(shù)(TCR)，其可以被定義為TCR= AR/ΛΤ，其中AT是溫度變化以及AR是電阻變化。
[0005]在實踐中，電阻器通常被設計為具有絕對電阻值R，它理想地相對于穿過電阻器的功率或電阻體的溫度的變化實質上恒定。因此，不希望具有其電阻隨著施加于它的功率變化的電阻器。產(chǎn)生隨著功率變化沒有或非常小的電阻變化的健壯電阻的一個方法是應用特殊處理，諸如在部署之前向電阻應用電阻微調。調阻是在精度范圍內穩(wěn)定電阻器的電阻值的過程。電阻器的電阻可以不同方式微調。例如，目前的技術可以包括電流微調(ITrim)、激光微調或機械微調。每個微調方法可以具有它們各自的特性。然而，在微調后，該電阻器的電阻可以停留在一定范圍的絕對電阻內。圖2示出在使用Itrim方法微調之前和之后電阻的電阻曲線的比較。圖2示出激光微調電阻的電阻與功率曲線和微調電阻一樣無法顯著地降低。
[0006]當前技術一般采用單一特定的微調方法以微調電阻。因為每個特定微調方法的限制，因此很難使用當前的技術實現(xiàn)高精度的電阻器。因此，有必要改進現(xiàn)有技術以實現(xiàn)高精度的電阻器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1示出了沒有微調的電阻的電阻與功率曲線。
[0008]圖2示出微調和未微調電阻器的電阻與功率曲線的比較。
[0009]圖3示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例，結合兩種類型的微調方法以實現(xiàn)高精度電阻器的電阻曲線。
[0010]圖4示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例，結合兩種類型的微調方法以實現(xiàn)高精密電阻器的流程圖。

【具體實施方式】
[0011]電流微調(ITrim)可用來調整電阻，使得當電力被施加到電阻器時，電阻器的電阻可以停留實質上恒定。ITrim是通過電按壓電阻材料而改變電阻器的電阻性材料的相/狀態(tài)而微調電阻的方法，產(chǎn)生電學和熱學參數(shù)的改變，諸如PCR、TCR、電阻器(VCR)的電壓系數(shù)、熱導率和電阻材料的絕對電阻。電應力可以通過向電阻材料施加直流偏壓來實現(xiàn)。例如，SiCr薄膜電阻可以通過電應力被加熱，作為向電阻器施加電流偏置的自/焦耳加熱的結果。由自/焦耳加熱產(chǎn)生的熱可引起電阻器的區(qū)域成為具有500-1000°C的范圍內溫度的熱點。在這樣高的溫度下，各種遷移機制被激活，從而導致元素(諸如，Si和Cr原子)的流動。在貧Si的區(qū)域，電阻材料可以從更高電阻材料改為具有更積極TCR的較低電阻材料。這個正TCR(較低電阻材料)區(qū)域可以平衡剩余的負(更高電阻材料)TCR區(qū)域，使得當溫度上升時電阻器的電阻可以相對穩(wěn)定。
[0012]在實踐中，微調時間(或時間施加的直流偏壓)的電應力和振幅可根據(jù)電阻的PCR確定。在開始時，低功率的偏置掃描可被施加到電阻器以表征電阻。該第一表征掃描可增加電阻器的自/焦耳加熱，從而導致電阻器(其未預先微調)的電阻相對于功率變化曲線的負斜率?；谒龅谝惶卣鲯呙璧男甭剩芸氐碾娖珘嚎梢员挥嬎悴玫轿⒄{電阻。在第一特征和電應力步驟之后，第二特征可以被施加到電阻器。如果表征掃描的斜率仍是負的，增加的電偏壓可以施加到電阻器，其可以隨后第三表征掃描。這重疊過程可繼續(xù)進行，直到接近零的PCR斜坡被發(fā)現(xiàn)，其對應于接近Oppm的TCR。因此，Itrim過程包括了一系列的表征和電應力步驟。雖然Itrim可改變電阻材料相/狀態(tài)到實質上接近于零的PCR或TCR, Itrim同時降低了電阻器的絕對電阻。電阻減少對某些應用可是不希望的。
[0013]激光微調是利用激光束來加熱和重新配置電阻器的區(qū)域的方法，諸如在SiCr電阻器中電阻膜的部分。重新配置可以包括除去電阻的一部分或分開電阻器的部分。電阻器的區(qū)域的重新配置可控制地增加電阻器的絕對性，而對電阻的PCR或TCR沒有影響或影響極小。
[0014]本發(fā)明實施例可以組合Itrim和激光微調來實現(xiàn)具有期望電阻值的電阻穩(wěn)定的電阻。本發(fā)明實施例可以包括:應用第一激光微調到電阻器，直到電阻器的電阻值高于預定百分比的目標電阻，施加電流微調到電阻，直到電阻的PCR大致接近于零，施加第二激光微調到電阻器，直到電阻的電阻值在目標電阻的精度范圍內。
[0015]本發(fā)明實施例可以包括計算機系統(tǒng)，其包含被配置為改變電阻器的電阻值的硬件處理器。該方法可以包括使用第一類型的微調方法微調電阻器，以增加電阻器的電阻測量在目標電阻值之上，反復使用第二類型的微調方法微調電阻器，直到電阻器的PCR或TCR實質上接近零，測量電阻器的電阻，并如果電阻測量小于目標電阻值，使用第一種類型的微調方法微調電阻器，直到電阻的電阻值實質上接近目標電阻值。第一類型的微調方法增加了電阻器的電阻，而第二類型的微調方法降低了電阻器的電阻。
[0016]本發(fā)明實施例可以包括用于改變電阻器的電阻的系統(tǒng)。系統(tǒng)可以包括:第一微調模塊，用于微調電阻器以增加電阻器的電阻測量到目標電阻值，并反復使用第二類型的微調方法微調電阻器，直到電阻器的電阻測量的溫度系數(shù)(TCR)實質上接近于零。
[0017]圖3示出根據(jù)本發(fā)明實施例，結合激光微調與當前微調以實現(xiàn)高精密電阻器的電阻曲線。橫坐標表示微調計數(shù)，而縱軸表示電阻器的電阻值。在第一微調周期(從O到NI微調計數(shù))，激光微調可用于從Rl到R 2增加電阻，其中R2高于目標電阻R0，且R2為預定電阻值。
[0018]在第二個微調期間(從NI到N2微調計數(shù))，Itrims可用來改變電阻材料的相位/狀態(tài)，直到PCR(或TCR)接近零。該Itrim過程可能包括一系列表征和電應力的步驟。在表征期間，所述電阻材料的PCR(或AR/ΛΡ)或TCR(或△ R/△ T)可以被測量。如果測得的PCR(或TCR)不接近零，施加到電阻器的電流偏壓的時間和振幅基于測得的PCR(或TCR)確定。所確定的電流偏壓然后施加到電阻器以向電阻器施加電應力。在電應力消耗后，另一特征可施加到電阻器，以再次測量電阻的PCR(或TCR)。如果測得的PCR(或TCR)仍然不接近零，另一個電流偏壓的時間和幅度可基于所測量的PCR(或TCR)來確定。所確定的電流偏壓可再次被施加到電阻器。表征和電應力的步驟可以繼續(xù)進行，直到PCR(或TCR)是零或接近零。如上所討論的，Itrim可以調整PCR(或TCR)，但也不期望地降低了電阻器的絕對電阻。參照圖3，在Itrim步驟之后的電阻值可達到R3，其低于目標電阻R0。在第三微調周期(N2和上述微調計數(shù))，如果R3低于R0，可選的激光微調可用于增加電阻器的絕對電阻到目標值，而不影響由Itrim技術微調的電阻的區(qū)域。
[0019]圖4是根據(jù)本發(fā)明示例性實施例，結合兩種類型的微調方法以實現(xiàn)高精確度電阻的詳細流程圖。參照圖4，在12，電阻器可以被激光微調成第一電阻值，其是高于目標電阻值的第一百分率。例如，電阻器可通過激光微調進行微調，以比目標電阻值高3-10%。在14，經(jīng)表征處理，PCR(或TCR)可以計算出來。在16，確定所計算的PCR(或TCR)是否是零或接近零。如果沒有，在18，施加到電阻器的電流的時間和幅值根據(jù)計算出的PCR(或TCR)的模式?jīng)Q定。在20，所確定的電流可以被施加到電阻器以向電阻器施加電應力。施加的電應力可改變該電阻材料的相位/狀態(tài)。在電應力消耗后，另一特征可以被應用電阻以確定電阻器的PCR(或TCR)。因而，步驟14、16、18和20可以形成迭代Itrim過程，其可通過電應力改變電阻器的相位/狀態(tài)，直到該PCR(或TCR)是零或接近零。如果在16確定該PCR(或TCR)的斜率是零或接近零，在22，激光微調也可以再次施加到電阻以提高電阻到目標值。
[0020]本發(fā)明實施例可進一步包括，在24，記錄激光微調和Itrim期間使用的微調參數(shù)。所記錄的參數(shù)可包括PCR(或TCR)響應于電流偏差的變化、模具位置和屬性有關的電阻。在26，計算Itrim電流的時間和幅度的模型可以基于所記錄的參數(shù)進行優(yōu)化。該優(yōu)化可以通過經(jīng)驗功能、神經(jīng)網(wǎng)絡或其他優(yōu)化方法來實現(xiàn)。
[0021]本發(fā)明實施例可以包括一種系統(tǒng)，其可包括用于進行激光微調和Itrim的硬件模塊。激光微調模塊可包括平臺，其上要微調的電阻器被放置在上面，用于產(chǎn)生激光的激光發(fā)生器，以及被配置為控制施加到電阻器的激光量的處理器。該Itrim模塊還可以包括要微調的電阻放置其上的平臺，用于產(chǎn)生微調電流的電流發(fā)生電路，其被配置來控制所產(chǎn)生電流的持續(xù)時間和幅值的處理器。
[0022]本領域技術人員可以從前述描述理解本發(fā)明可以以各種各樣的形式實現(xiàn)，并且各個實施例可以單獨或組合來實現(xiàn)。因此，雖然本發(fā)明的實施例已經(jīng)結合其特定實施例進行了描述，該實施例和/或本發(fā)明方法的真正范圍不應該那么有限，因為本領域技術人員在研究附圖、說明書和以下的權利要求之后，其它的修改將變得顯而易見。
【權利要求】
1.一種改變電阻器的電阻的方法，包括: 使用第一類型的微調方法微調電阻器，以增加電阻器的電阻測量超出目標電阻值；和使用第二類型的微調方法反復微調，直到電阻器的電阻(PCR)功率測定系數(shù)電阻實質上接近于零。
2.如權利要求1所述的方法，進一步包括: 測量所述電阻器的電阻；和 如果電阻測量小于所述目標電阻值，采用第一類型的微調方法微調電阻器，直到電阻器的電阻值的測量大致接近目標電阻值。
3.如權利要求2所述的方法，其中，第一種類型的微調方法是激光微調。
4.如權利要求2的方法，其中，所述第二類型的微調方法是電流微調。
5.如權利要求4所述的方法，其中每個電流微調的持續(xù)時間和振幅之一基于由參數(shù)集合表征的模型確定。
6.如權利要求5所述的方法，其中所述參數(shù)包括PCR變化、修正電流的持續(xù)時間、微調電流的振幅和模具位置中的一個。
7.如權利要求6所述的方法: 記錄每個電流微調的參數(shù)；和 基于所記錄的參數(shù)優(yōu)化模型。
8.一種改變電阻器的電阻的方法，包括: 使用第一類型的微調方法微調電阻器，以增加電阻器的電阻測量超出目標電阻值；和使用第二類型的微調方法反復微調電阻器，直到電阻器的電阻(TCR)測定的溫度系數(shù)實質上接近于零。
9.如權利要求8所述的方法: 測量所述電阻器的電阻；和 如果電阻測量小于所述目標電阻值，采用第一類型的微調方法微調電阻器，直到電阻的電阻值測量大致接近目標電阻值。
10.如權利要求9所述的方法，其中第一種類型的微調方法是激光微調。
11.如權利要求9所述的方法，其中所述第二類型的微調方法是電流微調。
12.用于改變電阻器的電阻的系統(tǒng)，包括: 第一微調模塊，微調電阻以增加電阻器的電阻測量為目標電阻值；和第二微調模塊，用于反復微調電阻器，直到該電阻的電阻值(PCR)測定的功率系數(shù)實質上接近于零。
13.如權利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述電阻器的電阻值在電阻器的迭代微調后進行測量，如果測量電阻小于所述目標電阻值，該電阻被第一微調模塊微調，直到電阻器的電阻測量實質上接近目標電阻值。
14.如權利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述第一微調模塊采用激光微調。
15.如權利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述第二微調模塊使用電流微調。
16.用于改變電阻器的電阻的系統(tǒng)，包括: 第一微調模塊，微調電阻以增加電阻器的電阻測量為目標電阻值；和 第二微調模塊，用于反復微調電阻器，直到該電阻的電阻值(TCR)的測定溫度系數(shù)實質上接近于零。
17.如權利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述電阻器的電阻值在電阻器的迭代微調后進行測量，如果測量電阻小于所述目標電阻值，該電阻被第一微調模塊微調，直到電阻器的電阻測量實質上接近目標電阻值。
18.如權利要求17的系統(tǒng)，其中所述第一微調模塊使用激光微調。
19.如權利要求17的系統(tǒng)，其中所述第二微調模塊使用當前微調。
【文檔編號】H01C10/00GK104254893SQ201380019218
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年3月20日 優(yōu)先權日:2012年4月10日
【發(fā)明者】F·J·唐尼, N·克雷格, P·麥吉尼斯, P·艾勒伯特 申請人:美國亞德諾半導體公司