Argomento di discussione: Condensatore MOS
- Introduzione del condensatore MOS
- Carica dell'interfaccia del condensatore MOS
- Principio di funzionamento in diversi stati
- Capacità MOS
- Tensione di soglia MOS
Cos'è il condensatore MOS?
Per costruire un condensatore MOS A, la cosa più necessaria e principale è la struttura gate-channel-substrato.
Questo particolare tipo di condensatore ha due terminali che è principalmente un dispositivo a semiconduttore; è costituito da un contatto metallico e un isolante dielettrico.
Un contatto ohmico extra viene fornito al substrato del semiconduttore.
Struttura MOS
I MOS la struttura è composta principalmente da tre cose:
- Il silicio drogato come substrato
- Strato di ossido
- Materiale isolante: biossido di silicio.
Qui, la qualità isolante dell'ossido utilizzato è abbastanza buona. Di conseguenza, la densità e la larghezza del semiconduttore di ossido sono molto basse nel canale particolare.
Quando viene applicata una tensione di polarizzazione, tutte le cariche e le interferenze sono prevenute a causa del resistenza infinita del rispettivo isolante; quindi nel metallo si producono delle controcariche nello stesso strato.
Le cariche e la tensione del contatore prodotte in precedenza vengono utilizzate nel condensatore per controllare la carica dell'interfaccia (portanti maggioritari, portanti minoritari ecc.). Tuttavia, la capacità di fabbricare un foglio conduttore di portante minoritario al confine è essenziale per la progettazione MOS.
Carica di interfaccia di un condensatore MOS:
Questo è tipicamente associato alla forma della banda di energia degli elettroni del semiconduttore adiacente al bordo. A una tensione molto bassa, la banda di energia è definita per mezzo di diverse proprietà e costruzioni, cioè metalliche e semiconduttori. Nell'equazione seguente, tutte le modifiche sono avvenute a causa della polarizzazione e della tensione applicate, cioè diventa una banda piatta mostrata come
Dove,
Øm e Øs = funzioni di lavoro del metallo e del semiconduttore,
rXs = affinità elettronica del semiconduttore,
Ec = l'energia del bordo della banda di conduzione, e
EF = Livello di Fermi a tensione zero.
Condensatore MOS a polarizzazione zero e tensione applicata:
In questo stato stabile, non si osserva alcun flusso di corrente nella direzione perpendicolare verso l'alta resistenza degli strati isolanti.
Quindi, consideriamo il livello di Fermi come costante all'interno del semiconduttore, nessun altro biasing cambierà il suo valore.
Il livello di Fermi spostato o costante è mostrato da,
EFm - EFs = qV.
Questa è chiamata situazione di quasi equilibrio in cui il semiconduttore può essere utilizzato come equilibrio termico.
Quando una tensione viene applicata in una struttura MOS con un semiconduttore di tipo p, sembra crescere verso l'alto e rende negativa la tensione a banda piatta.
In modalità o regione di esaurimento, diventa V> VFB
Con l'aumento della tensione applicata e una banda di energia sempre più grande, la differenza tra il livello di Fermi e alla fine della banda di conduzione all'interfaccia del semiconduttore inizia a diminuire anche rispetto al livello di Fermi. Quindi diventa V = 0 V.
In una tensione applicata più alta, il volume della concentrazione di elettroni all'interfaccia attraverserà la densità di drogaggio del materiale.
ψ denota differenze di potenziale dei semiconduttori, quando viene scelto un posto X nel semiconduttore.
Prendendo in considerazione le informazioni sull'equilibrio degli elettroni, il livello di Fermi intrinseco Ei si contrae a un livello di energia qϕb diverso dal livello di Fermi effettivo EF di materiale semiconduttore drogato selezionato,
= Vth ln (na/ni)
Credito d'immagine: Birra ohare, Band-bending di semiconduttori, CC BY-SA 3.0
Credito immagine: Birra ohare, Inversione con bias source-body, CC BY-SA 3.0
Capacità MOS:
Un condensatore MOS è progettato con i contatti metallici con le sezioni neutralizzate all'interno di un materiale semiconduttore drogato. Il semiconduttore è anche alleato in serie con un isolante solitamente preparato da ossido di silicio.
La connessione in serie tra questi due è presentata da,
Ci = Sεi/di,
Dovunque,
- S = Area del condensatore MOS,
- Cs = capacità del semiconduttore attivo,
- CMOS = La capacità del semiconduttore può essere calcolata come,
Dovunque,
- Qs = densità / area di carica totale
- ψs è il potenziale superficiale.
Credito d'immagine: Saumitra R Mehrotra e Gerhard Klimeck, Illustrazione della misurazione CV, CC BY 3.0
Tensione di soglia del condensatore MOS:
La tensione di soglia viene misurata come V = VT . Questa tensione di mantenimento è uno dei parametri significativi che denota nei dispositivi semiconduttori isolanti metallici. L'inversione prevalente può avvenire se il potenziale superficiale ψs risulta essere equivalente per il termine 2ϕb.
La carica all'interfaccia isolante-semiconduttore dello strato di esaurimento è espressa come,
La soglia tensione applicata al potenziale di terra è spostato da VB. Un cambiamento in un MOSFET si verifica quando lo strato di conduzione dell'elettrone mobile viene mantenuto a potenziali approssimativamente fissi. Tenendo in considerazione che lo strato di inversione è a massa, La tensione VB sta polarizzando la giunzione attiva tra lo strato di inversione e il substrato specifico e la capacità di mutevolezza della carica allo strato di esaurimento. In questo caso, la tensione di soglia risulta essere,
La tensione di soglia viene modificata se le condizioni della superficie all'interfaccia di ossido di semiconduttore e differiscono all'interno dello strato isolato. La sottosoglia viene così sovrapposta alla tensione di soglia e i portanti mobili aumentano esponenzialmente con l'incremento della tensione applicata.
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Ciao, sono Soumali Bhattacharya. Ho fatto il Master in Elettronica.
Attualmente sono investito nel campo dell'elettronica e della comunicazione.
I miei articoli si concentrano sulle principali aree dell'elettronica di base in un approccio molto semplice ma informativo.
Sono uno studente brillante e cerco di mantenermi aggiornato con tutte le ultime tecnologie nel campo dei domini dell'elettronica.
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