Condensator MIS

Condensator MIS ( diodă MIS , structură MIS [două electrozi] ; condensator MIS în engleză  ) - structură "metal (M) - dielectric (D) - semiconductor (P)", una dintre cele mai importante din electronica semiconductoare (este o secțiune a o poartă izolată cu tranzistor cu efect de câmp MISFET ). Siliciul (Si) este cel mai adesea folosit ca semiconductor, dioxidul de siliciu (SiO 2 ) acționează ca un dielectric ; în acest caz, „MIS” este înlocuit cu „MOS”, O \u003d oxid), iar metalele populare includ aurul (Au ) și aluminiu (Al). În loc de metal, se folosește adesea siliciu policristalin puternic dopat (poli-Si) , în timp ce abrevierea nu se schimbă.

În funcție de tensiunea externă aplicată între metal și substratul semiconductor, condensatorul MOS se află într-una dintre cele trei stări de încărcare datorită efectului de câmp -

• îmbogăţire,
• sărăcire,
• inversiuni.

Pentru tranzistoarele cu efect de câmp, ultimul mod este cel mai semnificativ. „Straturile” inversate, epuizate, bogate nu sunt încorporate (și există doar atâta timp cât se menține tensiunea corespunzătoare).

Starea de încărcare este dictată prin compararea tipurilor de conducție în cea mai mare parte a semiconductorului și la interfața cu dielectricul. Dacă la un semiconductor de tip p se aplică o tensiune pozitivă mare în raport cu metalul, atunci concentrația purtătorilor majoritari (găuri) la limita cu oxidul va deveni mai mare decât în ​​grosime - aceasta este îmbogățire (nu este prezentată în figură). ). Dacă se aplică o tensiune negativă mică, atunci concentrația găurilor din apropierea graniței va fi mai mică decât în ​​grosime și nu vor putea compensa încărcătura negativă a ionilor de impurități - avem epuizare (vezi Fig.). În cele din urmă, când se aplică o tensiune negativă mare unui semiconductor (sau o tensiune pozitivă mare este aplicată unui metal, vezi fig.), Nu numai că există o regiune de ioni încărcați, ci și un strat de încărcare de electroni care sunt minoritari. purtători - aceasta este inversiunea .

De obicei, se presupune că condensatorul MIS nu conduce curentul. Dar, în cazul unui dielectric ultrasubțire, transferul de sarcină este posibil și nu datorită deteriorării sau scurgerilor parazitare, ci datorită tunelului .

Scopul condensatorilor MIS:

• utilizarea directă în microcircuite în funcție de capacitate (capacitatea maximă este de aproximativ , unde este permisivitatea absolută, este aria, este grosimea dielectricului);
• utilizarea ca sistem de testare (mai ușor decât MISFET) atunci când se lucrează cu materiale noi: optimizarea tehnologiei acestora, testarea rezistenței, măsurarea scurgerilor, evaluarea densității suprafeței defectelor etc.;
• utilizarea în scopuri educaționale pentru a reprezenta stările de încărcare (mai sus) și o serie de efecte cuantice (tunele, cuantificarea suprafeței);
• utilizați ca fotodetector sau celulă solară;
• [în prezența transferului de sarcină prin dielectric] utilizarea ambelor diode MIS de înaltă frecvență (mai precis, diode MIS tunel ).

Cel mai adesea, condensatorii MOS nu sunt fabricați ca dispozitive independente, ci apar ca parte integrantă a MISFET-urilor (secțiunea lor transversală poartă-substrat). Și structurile MIS cu tunel de încărcare apar ca parte integrantă a unui număr de elemente de memorie cu stare solidă, cum ar fi EEPROM .

Ținând cont de nevoile industriei semiconductoarelor, gama de grosimi dielectrice de la unități la zeci de nanometri este de cel mai mare interes acum . Treptat, SiO2 este înlocuit cu așa-numitele dielectrice high-k cu o permitivitate mai mare decât SiO2 .

Literatură

• S. Zee Fizica dispozitivelor semiconductoare. În 2 cărți, M .: Mir (1984) - vezi cartea. 1, cap. 7 (secțiunea „Structură MIS ideală” și „Structuri Si - Si0 2 - MOS”), precum și carte. 2, cap. 9 (Sec. „Dioda MIS tunel”).
• Electronică cu stare solidă VA Gurtov . Editura PetrSU (2004) - vezi Cap. 3 „Fizica suprafeței și MIS-structură”.