MIS kondenzátor

MIS kondenzátor ( MIS diode , [kételektródos] MIS szerkezet ; angolul  MIS capacitor ) - szerkezet "fém (M) - dielektrikum (D) - félvezető (P)", az egyik legfontosabb a félvezető elektronikában ( a egy térhatású tranzisztoros szigetelésű kapu MISFET ). A szilíciumot (Si) leggyakrabban félvezetőként használják, a szilícium-dioxid (SiO 2 ) dielektrikumként működik ; ebben az esetben a „MIS” helyett „MOS”, O \u003d oxid, és a népszerű fémek közé tartozik az arany (Au). ) és alumínium (Al). Fém helyett gyakran használnak erősen adalékolt polikristályos szilíciumot (poli-Si) , miközben a rövidítés nem változik.

A fém és a félvezető hordozó között alkalmazott külső feszültségtől függően a MOS kondenzátor a térhatás miatt három töltési állapot egyikében van -

• dúsítás,
• elszegényedés,
• inverziók.

A térhatású tranzisztorok esetében az utolsó mód a legjelentősebb. A fordított, kimerült, gazdag "rétegek" nincsenek beépítve (és csak addig léteznek, amíg a megfelelő feszültség megmarad).

A töltési állapotot a félvezető nagy részének és a dielektrikummal való határfelületi vezetési módok összehasonlítása határozza meg. Ha egy p-típusú félvezetőre a fémhez viszonyított nagy pozitív feszültséget alkalmazunk, akkor a többségi hordozók (lyukak) koncentrációja az oxid határán magasabb lesz, mint a vastagságban - ez dúsítás (az ábrán nem látható). ). Ha kis negatív feszültséget alkalmazunk, akkor a határ közelében lévő lyukak koncentrációja kisebb lesz, mint a vastagságban, és nem fogják tudni kompenzálni a szennyező ionok negatív töltését - kimerülésünk van (lásd ábra). Végül, amikor nagy negatív feszültséget kapcsolunk egy félvezetőre (vagy nagy pozitív feszültséget adunk egy fémre, lásd az ábrát), akkor nemcsak töltött ionok tartománya van, hanem kisebbségben lévő elektronok töltésrétege is. hordozók – ez inverzió .

Általában azt feltételezik, hogy az MIS kondenzátor nem vezet áramot. De ultravékony dielektrikum esetén lehetséges a töltésátvitel, és nem sérülés vagy parazita szivárgás miatt, hanem alagút miatt .

Az MIS kondenzátorok célja:

• közvetlen felhasználás mikroáramkörökben a kapacitás függvényében (a maximális kapacitás körülbelül , ahol az abszolút permittivitás, a terület, a dielektrikum vastagsága);
• vizsgálati rendszerként (a MISFET-nél könnyebben) használható új anyagokkal való munkavégzés során: technológiájuk optimalizálása, ellenállás vizsgálata, szivárgások mérése, hibák felületi sűrűségének felmérése stb.;
• oktatási célú felhasználás töltésállapotok (fent) és számos kvantumhatás (alagút, felületi kvantálás) ábrázolására;
• fotodetektorként vagy napelemként használható;
• [a dielektrikumon keresztül történő töltésátvitel jelenlétében] mindkét nagyfrekvenciás MIS dióda (pontosabban alagút MIS dióda ) használata.

A MOS kondenzátorokat leggyakrabban nem független eszközökként gyártják, hanem a MISFET-ek (kapu-szubsztrát keresztmetszete) szerves részeként jelennek meg. A töltésalagúttal ellátott MIS-struktúrák pedig számos szilárdtest-memóriaelem, például az EEPROM szerves részeként jelennek meg .

Figyelembe véve a félvezetőipar igényeit, most az egységektől a több tíz nanométerig terjedő dielektromos vastagság a legnagyobb érdeklődés . A SiO 2 -t fokozatosan felváltják az úgynevezett high k dielektrikumok, amelyek nagyobb áteresztőképességűek, mint a SiO 2 .

Irodalom

• S. Zee Félvezető eszközök fizikája. 2 könyvben, M .: Mir (1984) - lásd a könyvet. 1, ch. 7 ("Ideális MIS szerkezet" és "Si - Si0 2 - MOS struktúrák" fejezet), valamint könyv. 2, ch. 9 ("Tunnel MIS dióda" szakasz).
• VA Gurtov Szilárdtest-elektronika . PetrSU Kiadó (2004) - lásd Ch. 3 "A felület és a MIS-struktúra fizikája".