Tema de discusión: Condensador MOS
- Introducción del condensador MOS
- Carga de interfaz del condensador MOS
- Principio de funcionamiento en diferentes estados.
- Capacitancia MOS
- Voltaje de umbral MOS
¿Qué es el condensador MOS?
Para construir un capacitor A MOS, lo más importante y necesario es la estructura puerta-canal-sustrato.
Este particular tipo de capacitor tiene dos terminales que es principalmente un dispositivo semiconductor; está hecho de un contacto de metal y un aislante dieléctrico.
Se da un contacto óhmico adicional en el sustrato semiconductor.
Estructura MOS
La MOS La estructura se compone principalmente de tres cosas:
- El silicio dopado como sustrato
- Capa de óxido
- Material aislante: dióxido de silicio.
Aquí, la calidad aislante del óxido que se utiliza es bastante buena. En consecuencia, la densidad y el ancho del semiconductor de óxido son muy bajos en el canal particular.
Cuando se aplica un voltaje de polarización, se evitan todas las cargas e interferencias debido a la resistencia infinita del respectivo aislador; por tanto, en el metal se producen algunas contracargas en la misma capa.
Las contracargas y el voltaje que se produjeron anteriormente se utilizan en el condensador para controlar la carga de la interfaz (portadores mayoritarios, portadores minoritarios, etc.). Sin embargo, la capacidad de fabricar una lámina conductora de portador minoritario en el límite es esencial para el diseño de MOS.
Carga de interfaz de un condensador MOS:
Esto se asocia típicamente a la forma de la banda de energía electrónica del semiconductor adyacente al borde. A un voltaje muy bajo, la banda de energía se define mediante diferentes propiedades y construcciones, es decir, el metal y los semiconductores. En la siguiente ecuación, todos los cambios ocurrieron debido a la polarización y el voltaje aplicados, es decir, la banda plana se muestra como
Dónde,
Øm y Øs = funciones de trabajo del metal y el semiconductor,
rXs = afinidad electrónica del semiconductor,
Ec = la energía del borde de la banda de conducción, y
EF = Nivel de Fermi a voltaje cero.
Condensador MOS en polarización cero y voltaje aplicado:
En este estado estable, no se observa ningún flujo de corriente en la dirección perpendicular hacia la alta resistencia de las capas aislantes.
Por lo tanto, consideramos el nivel de Fermi como constante dentro del semiconductor. Ninguna otra polarización cambiará su valor.
El nivel de Fermi desplazado o constante se muestra mediante,
EFm - EFs = qv.
Esto se denomina situación de cuasi-equilibrio en la que el semiconductor se puede utilizar como equilibrio térmico.
Cuando se aplica un voltaje en una estructura MOS con un semiconductor tipo p, parece crecer hacia arriba y hace que el voltaje de banda plana sea negativo.
En modo o región de agotamiento, se convierte en V> VFB
Con el aumento del voltaje aplicado y una banda de energía cada vez mayor, la diferencia entre el nivel de Fermi y al final de la banda de conducción en la interfaz del semiconductor comienza a disminuir también con respecto al nivel de Fermi. Por tanto, se convierte en V = 0 V.
En un voltaje aplicado más alto, el volumen de concentración de electrones en la interfaz cruzará la densidad de dopaje del material.
ψ denota diferencias de potencial de los semiconductores, cuando se elige un lugar X en el semiconductor.
Al considerar la información de equilibrio de electrones, el nivel de Fermi intrínseco Ei se contrae a un nivel de energía qϕb diferente del nivel de Fermi E realF de material semiconductor dopado seleccionado,
Φ = Vth En (Na/ni)
Credito de imagen : Prepara ohare, Flexión de banda de semiconductores, CC BY-SA 3.0
Credito de imagen : Prepara ohare, Inversión con sesgo fuente-cuerpo, CC BY-SA 3.0
Capacitancia MOS:
Un condensador MOS está diseñado con los contactos metálicos con las secciones neutralizadas dentro de un material semiconductor dopado. Los semiconductores también se alían en serie con un aislante generalmente preparado por óxido de silicio.
La conexión en serie entre estos dos se presenta mediante,
Ci = Sεi/di,
Donde quiera,
- S = Área del condensador MOS,
- Cs = capacitancia del semiconductor activo,
- CMOS = La capacitancia del semiconductor se puede calcular como,
Donde quiera,
- Qs = densidad de carga total / área
- ψs es el potencial de superficie.
Credito de imagen : Saumitra R Mehrotra y Gerhard Klimeck, Ilustración de la medición de CV, CC BY 3.0
Voltaje de umbral del condensador MOS:
El voltaje umbral se mide como V = VT . Este voltaje umbral es uno de los parámetros importantes que se denota en los dispositivos semiconductores de aisladores metálicos. La inversión predominante puede tener lugar si los potenciales de superficie ψs resultan ser equivalentes por el término 2ϕb.
La carga en la interfaz aislante-semiconductor de la capa de agotamiento se expresa como,
El umbral voltaje aplicado al potencial de tierra se desplaza por VB. Un cambio en un MOSFET ocurre cuando la capa de conducción de electrones móviles se mantiene a potenciales aproximadamente fijos. Teniendo en cuenta que la capa de inversión está a tierra, el voltaje VB está sesgando la unión activa entre la capa de inversión y el sustrato específico, y la capacidad de carga cambiante en la capa de agotamiento. En este caso, el voltaje umbral resulta ser,
El voltaje de umbral cambia si las condiciones de la superficie en la interfaz del óxido semiconductor y difieren dentro de la capa aislada. Por lo tanto, el subumbral se superpone con el voltaje umbral y los portadores móviles aumentan exponencialmente con el incremento en el voltaje aplicado.
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Hola, soy Soumali Bhattacharya. He realizado el Máster en Electrónica.
Actualmente me dedico al campo de la Electrónica y la comunicación.
Mis artículos se centran en las principales áreas de la electrónica básica con un enfoque muy simple pero informativo.
Aprendo intensamente y trato de mantenerme actualizado con las últimas tecnologías en el campo de la electrónica.
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