MIS kondensaattori

MIS-kondensaattori ( MIS-diodi , [kaksielektrodi] MIS-rakenne ; englanniksi  MIS-kondensaattori ) - rakenne "metalli (M) - dielektrinen (D) - puolijohde (P)", yksi tärkeimmistä puolijohdeelektroniikassa (on osa kenttätransistorilla eristetty gate MISFET ). Piitä (Si) käytetään useimmiten puolijohteena, piidioksidi (SiO 2 ) toimii dielektrisenä ; tässä tapauksessa "MIS" korvataan "MOS", O \u003d oksidilla) ja suosittuja metalleja ovat kulta (Au) ) ja alumiinia (Al). Metallin sijasta käytetään usein voimakkaasti seostettua monikiteistä piitä (poly-Si) , kun taas lyhenne ei muutu.

Riippuen metallin ja puolijohdesubstraatin välisestä ulkoisesta jännitteestä, MOS-kondensaattori on jossakin kolmesta varaustilasta kenttäilmiön vuoksi -

• rikastus,
• köyhtyminen,
• käännöksiä.

Kenttätransistoreille viimeinen tila on merkittävin. Käänteiset, tyhjennetyt, rikkaat "kerrokset" eivät ole sisäänrakennettuja (ja ovat olemassa vain niin kauan kuin vastaava jännite säilyy).

Varaustila määräytyy vertaamalla johtavuustyyppejä puolijohteen suurimmassa osassa ja rajapinnassa eristeen kanssa. Jos p-tyypin puolijohteeseen kohdistetaan suuri positiivinen jännite suhteessa metalliin, niin enemmistön kantoaaltojen (reikien) pitoisuus oksidin rajalla tulee korkeammaksi kuin paksuudessa - tämä on rikastumista (ei näy kuvassa ). Jos käytetään pientä negatiivista jännitettä, reikien pitoisuus lähellä rajaa on pienempi kuin paksuudessa, eivätkä ne pysty kompensoimaan epäpuhtausionien negatiivista varausta - meillä on ehtyminen (katso kuva). Lopuksi, kun suuri negatiivinen jännite kohdistetaan puolijohteeseen (tai suuri positiivinen jännite kohdistetaan metalliin, ks. kuva), siinä ei ole vain alue varautuneita ioneja, vaan myös elektronien varauskerros, jotka ovat vähemmistönä. kantoaaltoja - tämä on inversio .

Yleensä oletetaan, että MIS-kondensaattori ei johda virtaa. Mutta erittäin ohuen eristeen tapauksessa varauksen siirto on mahdollista, eikä vaurioiden tai loisten vuotojen, vaan tunneloinnin vuoksi .

MIS-kondensaattorien käyttötarkoitus:

• suora käyttö mikropiireissä kapasitanssin funktiona (maksimikapasitanssi on noin , missä on absoluuttinen permittiivisyys, on pinta-ala, on eristeen paksuus);
• käyttö testausjärjestelmänä (helpompi kuin MISFET) uusien materiaalien kanssa työskennellessä: niiden tekniikan optimointi, kestävyyden testaus, vuotojen mittaus, vikojen pintatiheyden arviointi jne.;
• käyttö opetustarkoituksiin edustamaan varaustiloja (yllä) ja useita kvanttivaikutuksia (tunnelointi, pinnan kvantisointi);
• käyttää valoilmaisimena tai aurinkokennoina;
• [kun varaus siirtyy eristeen läpi] molempien korkeataajuisten MIS-diodien (tarkemmin tunneli-MIS-diodin ) käyttö.

Useimmiten MOS-kondensaattoreita ei valmisteta itsenäisinä laitteina, vaan ne näkyvät kiinteänä osana MISFETtejä (niiden portti-substraatti poikkileikkaus). Ja MIS-rakenteet, joissa on varaustunnelointi, näkyvät kiinteänä osana useita puolijohdemuistielementtejä, kuten EEPROM .

Puolijohdeteollisuuden tarpeet huomioon ottaen dielektrisen paksuuden vaihteluväli yksiköistä kymmeniin nanometreihin kiinnostaa nyt eniten . Vähitellen SiO 2 korvataan niin kutsutuilla korkean k:n eristeillä, joiden permittiivisyys on suurempi kuin SiO 2 .

Kirjallisuus

• S. Zee Puolijohdelaitteiden fysiikka. 2 kirjassa, M .: Mir (1984) - katso kirja. 1, ch. 7 (osio "Ihanteellinen MIS-rakenne" ja "Si - Si0 2 - MOS-rakenteet"), sekä kirja. 2, ch. 9 (luku "Tunnel MIS -diodi").
• VA Gurtov Solid State Electronics . PetrSU Publishing House (2004) - katso Ch. 3 "Pinnan fysiikka ja MIS-rakenne".