MIS kondensator

MIS-kondensator ( MIS-diod , [tvåelektrod] MIS-struktur ; engelsk  MIS-kondensator ) - struktur "metall (M) - dielektrisk (D) - halvledare (P)", en av de viktigaste inom halvledarelektronik (är en sektion av en fälteffekttransistorisolerad grind MISFET ). Kisel (Si) används oftast som en halvledare, kiseldioxid (SiO 2 ) fungerar som ett dielektrikum ; i det här fallet ersätts "MIS" med "MOS", O \u003d oxid), och populära metaller inkluderar guld (Au) och aluminium (Al). Istället för metall används ofta kraftigt dopat polykristallint kisel (poly-Si) , medan förkortningen inte ändras.

Beroende på den externa spänningen som appliceras mellan metallen och halvledarsubstratet, är MOS-kondensatorn i ett av tre laddningstillstånd på grund av fälteffekten -

• berikning,
• utarmning,
• inversioner.

För fälteffekttransistorer är det sista läget det viktigaste. De inverterade, utarmade, rika "skikten" är inte inbyggda (och existerar bara så länge som motsvarande spänning hålls).

Laddningstillståndet dikteras genom att jämföra typerna av ledning i halvledarens huvuddel och vid gränssnittet med dielektrikumet. Om en stor positiv spänning i förhållande till metallen appliceras på en halvledare av p-typ, kommer koncentrationen av majoritetsbärare (hål) vid gränsen till oxiden att bli högre än i tjockleken - detta är anrikning (visas inte i figuren) ). Om en liten negativ spänning appliceras, kommer koncentrationen av hål nära gränsen att vara mindre än i tjockleken, och de kommer inte att kunna kompensera för den negativa laddningen av föroreningsjoner - vi har utarmning (se fig.). Slutligen, när en stor negativ spänning appliceras på en halvledare (eller en stor positiv spänning appliceras på en metall, se fig.), finns det inte bara ett område av laddade joner, utan också ett lager av laddning av elektroner som är minoritet bärare - detta är inversion .

Man brukar anta att MIS-kondensatorn inte leder ström. Men i fallet med ett ultratunt dielektrikum är laddningsöverföring möjlig, och inte på grund av skador eller parasitiska läckor, utan på grund av tunnling .

Syfte med MIS-kondensatorer:

• direkt användning i mikrokretsar som en funktion av kapacitans (den maximala kapacitansen är ungefär , där är den absoluta permittiviteten, är arean, är tjockleken på dielektrikumet);
• använda som ett testsystem (enklare än MISFET) när man arbetar med nya material: optimera deras teknik, testa motstånd, mäta läckor, bedöma ytdensiteten av defekter, etc.;
• användning för utbildningsändamål för att representera laddningstillstånd (ovan) och ett antal kvanteffekter (tunnling, ytkvantisering);
• använd som fotodetektor eller solcell;
• [i närvaro av laddningsöverföring genom dielektrikum] användningen av båda högfrekventa MIS-dioder (mer exakt, tunnel-MIS-dioder ).

Oftast tillverkas inte MOS-kondensatorer som oberoende enheter, utan visas som en integrerad del av MISFETs (deras gate-substrat tvärsnitt). Och MIS-strukturer med laddningstunnlar framstår som en integrerad del av ett antal solid-state minneselement, såsom EEPROM .

Med hänsyn till behoven hos halvledarindustrin är det dielektriska tjockleksintervallet från enheter till tiotals nanometer av största intresse nu . Gradvis ersätts SiO 2 av den så kallade högk-dielektriken med högre permittivitet än SiO 2 .

Litteratur

• S. Zee Halvledarkomponenters fysik. I 2 böcker, M .: Mir (1984) - se bok. 1, kap. 7 (avsnittet "Ideal MIS-struktur" och "Si - Si0 2 - MOS-strukturer"), samt bok. 2, kap. 9 (Sektion "Tunnel MIS-diod").
• VA Gurtov Solid State Electronics . PetrSU Publishing House (2004) - se kap. 3 "Ytans fysik och MIS-struktur".