مقاومت های الکتریکی: فناوری های ساخت، انواع، مشخصات کلیدی، نویز، پایداری حرارتی و کاربردها در مدارهای الکترونیکی

مقاومت های الکتریکی به عنوان بنیادی ترین و پرکاربردترین اجزای غیرفعال در تمام مدارها و سیستم های الکترونیکی، از مقاومت های سیمی و ترکیب کربن اولیه تا مقاومت های فلز فیلم دقیق با تلورانس ۰.۰۰۱ درصد و مقاومت های استاندارد کوانتومی با دقت ۱×۱۰^-۱۰ تکامل یافته اند و بازار جهانی قطعات غیرفعال در سال ۲۰۲۰ بالغ بر ۳۰ میلیارد دلار بوده است. این مقاله با مرور پیشینه ی پژوهشی از قانون اهم (۱۸۲۷) تا مقاومت های نانوسیمی لی و همکاران (۲۰۱۵) و همچنین تحلیل داده های تجربی گزارش شده توسط جانسون (۱۹۲۸)، لی و همکاران (۲۰۱۵)، ویشای (۲۰۰۰)، تی دی کی (۲۰۱۸)، NIST (۱۹۹۰)، زیمنس (۱۹۸۰)، بورنز (۱۹۷۰)، پاناسونیک (۲۰۱۰) و آلن-برادلی (۱۹۲۰)، نشان می دهد که مقاومت های فلز فیلم با نویز جریانی ۰.۰۲ میکروولت بر ولت، نویزی حدود ۲۰ دسی بل پایین تر از مقاومت های کربن فیلم دارند. مقاومت های نانوسیمی با قطر ۱۰ نانومتر مقاومت ویژه ۵.۸ میکرواهم سانتی متر و چگالی بیشینه ۵×۱۰^۱۲ مقاومت بر سانتی متر مربع دارند. ضریب دمایی مقاومت در آلیاژ منگنین حدود ۱۰ قسمت در میلیون بر درجه سانتی گراد و در آلیاژ ایوانوم حدود ۲۰ قسمت در میلیون بر درجه سانتی گراد است. نویز حرارتی در مقاومت ۱۰۰ کیلواهم در پهنای باند ۱۰ کیلوهرتز حدود ۴ میکروولت است. ابعاد مقاومت های نصب سطحی از ۵×۵ میلی متر در سال ۱۹۷۰ به ۰.۴×۰.۲ میلی متر در سال ۲۰۱۰ کاهش یافته است. مقاومت های دقیق با ضریب دمایی ۰.۵± قسمت در میلیون بر درجه سانتی گراد و پایداری بلندمدت ۱۰ قسمت در میلیون پس از ۱۰۰۰ ساعت عرضه شده اند. استاندارد کوانتومی مقاومت بر اساس اثر هال کوانتومی دقت بی نظیر ۱×۱۰^-۱۰ را فراهم می کند. نتیجه گیری اصلی بر ضرورت گذار به مقاومت های نانوساختار، مقاومت های دقیق با پایداری زیر ۱ قسمت در میلیون در سال، مقاومت های نصب سطحی فوق مینیاتوری و یکپارچه سازی در فرآیند ساخت مدار مجتمع تاکید دارد. در ادامه، شانزده پیشنهاد در چهار دسته ی پژوهشی، فنی-طراحی، هنجاری-استانداردسازی و آموزشی-ترویجی ارائه شده است که شامل لایه های نازک گرافنی، مقاومت های نانوساختار آلیاژ پلاتین، استانداردهای جدید کد رنگی و بازنگری استاندارد IEC ۶۰۰۶۲ می باشد.

کلیدواژه ها:

مقاومت الکتریکی ، قانون اهم ، مقاومت فلز فیلم ، ضریب دمایی مقاومت ، نویز جانسون ، کد رنگی ، مقاومت استاندارد کوانتومی ، نصب سطحی