Estructura Metal-Óxido-Semiconductor (MOS)

Definición

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La estructura se componen de

• Metal
  • No soporta carga de volumen la carga sólo puede existir en su superficie
• Óxido (Es aislante)
  • No soporta carga en volumen (no hay portadores, ni dopantes)
• Semiconductor
  • Soporta carga en volumen

• La condición de equilibrio no puede establecerse a través del óxido, se requiere de un cable para permitir el intercambio de carga entre la Juntura metal-semiconductor
• La estructura MOS es un sandwich de 3 materiales con potenciales diferentes, por lo que campos eléctricos diferentes, por lo que hay un reacomodamiento de cargas y por último produciendo una región de carga espacial
• La mayoría de los metales al ser colocados sobre p-Si, alcanzan el equilibrio térmico a partir de las difusión de electrones desde el metal hacia el Semiconductor y huecos desde el semiconductor hacia el metal

Concentraciones de los portadores

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Pocos huecos cerca de la interfaz / entonces quedan expuestos átomos aceptores ionizados y se genera una zona de carga espacial en volumen (SCR) o zona desierta de portadores.

Densidad de carga espacial

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Se puede dividir en cuatro zonas la estructura, la zona del metal sus cargas están acumuladas en la superficie, generando una Delta de Dirac de carga en la interfaz entre el metal y el oxido.

En el oxido al ser aislante no acumula carga, dejándonos con las últimas dos zonas, dada la Aproximación de vaciamiento, tenemos dividida en dos zonas el Semiconductor, entre y teniendo una densidad de carga por

Por el metal, se genera una carga en la interfaz metal y el oxido, dándonos con la neutralidad global de carga eléctrica

Campo eléctrico

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Integrando

En la interfaz óxido-semiconductor, por el cambio de permitividad, produce un cambio en el campo eléctrico

Produciendo el campo

Donde

y

Función Potencial

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Recordando la relación de Boltzmann, tenemos que

donde es la concentración de un semiconductor intrínseco.

En las regiones QNR’s conocemos , entonces podemos determinar . En el gate (polysilicio dopado tipo n), el dopaje es tan elevado que el Semiconductor está degenerado, por lo que el potencial del gate esta saturado tomando su máximo valor

En el semiconductor (sustrato), en la región QNR tipo p

Por lo que el potencial de juntura esta dado por

Ahora, integrando

Donde

y

Límites de la región de carga espacial

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Encontrando , recordando que la diferencia de potencial a lo largo de la estructura debe ser

Resolviendo la ecuación cuadrática

Utilizando la capacidad por unidad de área de óxido y el body factor coefficient, nos queda

Distintas combinaciones poly-sustrato

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Dependiendo de que tipo sea el poly-silicio y el sustrato cambiando las propiedades eléctricas de la estructura MOS

Gate	Subs
	P
	N
	P
	N

Donde es la Tensión de Flatband y es la Tensión umbral