MIS kondensator

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 11. september 2022; checks kræver 2 redigeringer .

MIS kondensator ( MIS diode , [to-elektrode] MIS struktur ; engelsk MIS kondensator ) - struktur "metal (M) - dielektrisk (D) - halvleder (P)", en af de vigtigste inden for halvlederelektronik (er en sektion af en felteffekttransistor isoleret gate MISFET ). Silicium (Si) bruges oftest som en halvleder, siliciumdioxid (SiO 2 ) fungerer som et dielektrikum ; i dette tilfælde er "MIS" erstattet af "MOS", O \u003d oxid), og populære metaller omfatter guld (Au) ) og aluminium (Al). I stedet for metal bruges ofte stærkt doteret polykrystallinsk silicium (poly-Si) , mens forkortelsen ikke ændres.

Afhængigt af den eksterne spænding, der påføres mellem metallet og halvledersubstratet, er MOS-kondensatoren i en af tre ladetilstande på grund af felteffekten -

berigelse,
forarmelse,
inversioner.

For felteffekttransistorer er den sidste tilstand den mest betydningsfulde. De omvendte, udtømte, rige "lag" er ikke indbygget (og eksisterer kun, så længe den tilsvarende spænding holdes).

Ladningstilstanden dikteres ved at sammenligne typerne af ledning i hovedparten af halvlederen og ved grænsefladen med dielektrikumet. Hvis en stor positiv spænding i forhold til metallet påføres en p-type halvleder, vil koncentrationen af majoritetsbærere (huller) ved grænsen til oxidet blive højere end i tykkelsen - dette er berigelse (ikke vist i figuren) ). Hvis der påføres en lille negativ spænding, vil koncentrationen af huller nær grænsen være mindre end i tykkelsen, og de vil ikke være i stand til at kompensere for den negative ladning af urenheder - vi har udtømning (se fig.). Endelig, når en stor negativ spænding påføres en halvleder (eller en stor positiv spænding påføres et metal, se fig.), er der ikke kun et område med ladede ioner, men også et ladningslag af elektroner, der er minoritet bærere - dette er inversion .

Det antages normalt, at MIS-kondensatoren ikke leder strøm. Men i tilfælde af et ultratyndt dielektrikum er ladningsoverførsel mulig, og ikke på grund af skader eller parasitære lækager, men på grund af tunnelering .

Formål med MIS kondensatorer:

direkte brug i mikrokredsløb som funktion af kapacitans (den maksimale kapacitans er ca. , hvor er den absolutte permittivitet, er arealet, er tykkelsen af dielektrikumet); $\varepsilon _{0}\varepsilon A/d$ $\varepsilon _{0}\varepsilon$ $EN$ $d$
brug som et testsystem (lettere end MISFET), når der arbejdes med nye materialer: optimering af deres teknologi, test af modstand, måling af lækager, vurdering af overfladedensiteten af defekter osv.;
brug til uddannelsesformål til at repræsentere ladningstilstande (ovenfor) og en række kvanteeffekter (tunneling, overfladekvantisering);
brug som fotodetektor eller solcelle;
[i nærvær af ladningsoverførsel gennem dielektrikum] brugen af begge højfrekvente MIS-dioder (mere præcist, tunnel MIS-dioder ).

Oftest fremstilles MOS-kondensatorer ikke som uafhængige enheder, men fremstår som en integreret del af MISFET'er (deres gate-substrat-tværsnit). Og MIS-strukturer med ladningstunneling fremstår som en integreret del af en række solid-state hukommelseselementer, såsom EEPROM .

Under hensyntagen til halvlederindustriens behov er det dielektriske tykkelsesområde fra enheder til snesevis af nanometer af største interesse nu . Gradvist erstattes SiO 2 af de såkaldte high-k dielektrika med en højere permittivitet end SiO 2 . $d$

Litteratur

S. Zee Fysik af halvlederenheder. I 2 bøger, M .: Mir (1984) - se bog. 1, kap. 7 (afsnit "Ideel MIS struktur" og "Si - Si0 2 - MOS strukturer"), samt bog. 2, kap. 9 (Sek. "Tunnel MIS-diode").
VA Gurtov Solid State Electronics . PetrSU Publishing House (2004) - se kap. 3 "Overfladens fysik og MIS-struktur".