MIS kondenzátor

Kondenzátor MIS ( MIS dioda , [dvouelektrodová] struktura MIS ; anglicky  MIS capacitor ) - struktura "kov (M) - dielektrikum (D) - polovodič (P)", jedna z nejdůležitějších v polovodičové elektronice (je úsekem tranzistorem izolovaným polem MISFET ). Křemík (Si) se nejčastěji používá jako polovodič, oxid křemičitý (SiO 2 ) působí jako dielektrikum ; v tomto případě je "MIS" nahrazeno "MOS", O \u003d oxid) a mezi oblíbené kovy patří zlato (Au ) a hliníku (Al). Místo kovu se často používá silně dopovaný polykrystalický křemík (poly-Si) , přičemž zkratka se nemění.

V závislosti na vnějším napětí aplikovaném mezi kovem a polovodičovým substrátem je MOS kondenzátor v jednom ze tří stavů nabití kvůli efektu pole -

• obohacení,
• zbídačení,
• inverze.

U tranzistorů s efektem pole je nejdůležitější poslední režim. Převrácené, vyčerpané, bohaté "vrstvy" nejsou zabudované (a existují pouze tak dlouho, dokud je udržováno odpovídající napětí).

Stav nabití je dán porovnáním typů vedení v objemu polovodiče a na rozhraní s dielektrikem. Pokud je na polovodič typu p aplikováno velké kladné napětí vzhledem ke kovu, pak se koncentrace většinových nosičů (otvorů) na hranici s oxidem zvýší než v tloušťce - to je obohacení (není znázorněno na obrázku ). Pokud je aplikováno malé záporné napětí, pak koncentrace otvorů v blízkosti hranice bude menší než v tloušťce a nebudou schopny kompenzovat negativní náboj iontů nečistot - máme vyčerpání (viz obr.). Konečně, když je na polovodič aplikováno velké záporné napětí (nebo velké kladné napětí na kov, viz obr.), existuje nejen oblast nabitých iontů, ale také vrstva náboje elektronů, které jsou menšinové. nosiče - to je inverze .

Obvykle se předpokládá, že kondenzátor MIS nevede proud. Ale v případě ultratenkého dielektrika je přenos náboje možný a ne kvůli poškození nebo parazitním únikům, ale kvůli tunelování .

Účel MIS kondenzátorů:

• přímé použití v mikroobvodech jako funkce kapacity (maximální kapacita je přibližně , kde je absolutní permitivita, je plocha, je tloušťka dielektrika);
• použití jako testovací systém (jednodušší než MISFET) při práci s novými materiály: optimalizace jejich technologie, testování odolnosti, měření netěsností, posouzení povrchové hustoty defektů atd.;
• použití pro vzdělávací účely k reprezentaci stavů náboje (výše) a řady kvantových efektů (tunelování, kvantování povrchu);
• použití jako fotodetektor nebo solární článek;
• [v přítomnosti přenosu náboje přes dielektrikum] použití obou vysokofrekvenčních MIS diod (přesněji tunelových MIS diod ).

Nejčastěji se MOS kondenzátory nevyrábějí jako nezávislá zařízení, ale objevují se jako nedílná součást MISFETů (jejich průřez hradlem-substrát). A struktury MIS s tunelováním náboje se objevují jako nedílná součást řady prvků polovodičové paměti, jako je EEPROM .

S ohledem na potřeby polovodičového průmyslu je nyní největší zájem o rozsah tloušťky dielektrika od jednotek do desítek nanometrů . Postupně je SiO 2 nahrazován tzv. high-k dielektrikem s vyšší permitivitou než SiO 2 .

Literatura

• S. Zee Fyzika polovodičových součástek. Ve 2 knihách, M .: Mir (1984) - viz kniha. 1, kap. 7 (část "Ideální struktura MIS" a "Struktury Si - Si0 2 - MOS"), stejně jako kniha. 2, kap. 9 (kapitola "Tunelová MIS dioda").
• Solid State Electronics VA Gurtov . Nakladatelství PetrSU (2004) - viz kap. 3 "Fyzika povrchu a MIS-struktura".