O documento descreve as características do capacitor MOS, incluindo como o potencial de superfície, largura da região de depleção e carga no substrato variam com a tensão de gate. Explica que o potencial de superfície aumenta até atingir 2ψB na tensão de limiar, quando a interface entra em regime de inversão. A largura da região de depleção também aumenta com a tensão de gate até saturar em Wdmax na inversão. A carga no substrato é composta por componentes de acumulação, dep

1. Capacitor MOS 3
Regiane Ragi
A carga no capacitor MOS
1

2. A carga no capacitor MOS
Para explorar ainda mais as características do capacitor
MOS, vamos agora revisar alguns conceitos,
nomenclaturas, aproximações usuais e relações simples
associadas com a teoria do capacitor MOS.
2

3. Podemos fazer isso usando uma série de
representações gráficas dos resultados que já
obtivemos até agora.
3

4. Inicialmente, considere o potencial de superfície ψs em
função da tensão de gate, VG, nas regiões de
acumulação, depleção e inversão.
ψs
VGVfb Vt
Acumulação Depleção Inversão
2ψB
4

5. Note que ψs = 0 em VG = Vfb e aproximadamente zero
na acumulação.
ψs
VGVfb Vt
Acumulação Depleção Inversão
2ψB
5

6. À medida que VG aumenta além da tensão de flat-band,
Vfb, no regime de depleção, ψs aumenta até 2ψB.
ψs
VGVfb Vt
Acumulação Depleção Inversão
2ψB
6

7. Quando ψs alcança 2ψB, a concentração de elétrons
torna-se tão grande que a superfície é considerada
invertida.
ψs
VGVfb Vt
Acumulação Depleção Inversão
2ψB
7

8. A tensão de gate VG neste ponto é chamada de tensão
de threshold, Vt, ou tensão de limiar.
ψs
VGVfb Vt
Acumulação Depleção Inversão
2ψB
8

9. Em seguida, analisamos a largura da região de
depleção , Wdep, em função de Vg.
Wdep
VGVfb Vt
Acumulação Depleção Inversão
Wdmax
9

10. Este gráfico é essencial porque revisa o capacitor MOS.
Wdep
VGVfb Vt
Acumulação Depleção Inversão
Wdmax
10

11. Nele, vemos que não há região de depleção quando a
interface MOS está na acumulação
Wdep
VGVfb Vt
Acumulação Depleção Inversão
Wdmax
11

12. A largura da região de depleção, Wdep, na junção p-n e
no capacitor MOS é proporcional à raiz quadrada do
encurvamento da banda, ψs.
Wdep
VGVfb Vt
Acumulação Depleção Inversão
Wdmax
12

13. No caso do capacitor MOS, Wdep satura em Wdmax,
quando Vg ≥ Vt, porque ψs satura em 2ψB.
Wdep
VGVfb Vt
Acumulação Depleção Inversão
Wdmax
13

14. A figura a seguir revisa as três componentes de carga no
substrato do capacitor MOS.
14

15. 15
Qdep
VGVfb Vt
Qinv
VGVfb Vt
Qacc
VGVfb Vt
Inclinação = – cox
Inclinação = – cox
Acumulação Depleção Inversão

16. 16
A carga de depleção
Qdep é constante na
região da inversão.
Qdep
VGVfb Vt
Qinv
VGVfb Vt
Qacc
VGVfb Vt
Inclinação = – cox
Inclinação = – cox
Acumulação Depleção Inversão

17. 17
A carga de depleção
Qdep é constante na
região da inversão.
A carga de inversão
Qinv = - cox(Vg-Vt)
aparece na região
de inversão, e
Qdep
VGVfb Vt
Qinv
VGVfb Vt
Qacc
VGVfb Vt
Inclinação = – cox
Inclinação = – cox
Acumulação Depleção Inversão

18. 18
A carga de depleção
Qdep é constante na
região da inversão.
A carga de inversão
Qinv = - cox(Vg-Vt)
aparece na região
de inversão, e
a Qacc aparece na
região de
acumulação
Qacc = - cox(Vg-Vfb)
Qdep
VGVfb Vt
Qinv
VGVfb Vt
Qacc
VGVfb Vt
Inclinação = – cox
Inclinação = – cox
Acumulação Depleção Inversão

19. A figura a seguir mostra a carga total no substrato, Qsub.
19
Qsub
VGVfb Vt
Acumulação Depleção Inversão

20. A carga no substrato, Qsub, na região de acumulação é
composta pela carga de acumulação.
20
Qsub
VGVfb Vt
Acumulação Depleção Inversão

21. Na região de depleção, a carga no substrato, Qsub, é
composta pela carga de depleção.
21
Qsub
VGVfb Vt
Acumulação Depleção Inversão

22. Na inversão, há duas componentes de carga, a carga de
depleção e a carga de inversão.
22
Qsub
VGVfb Vt
Acumulação Depleção Inversão

23. Referências
23

24. 24
http://www.eecs.berkeley.edu/~hu/Chenming-Hu_ch5.pdf
https://engineering.purdue.edu/~ee606/downloads/T5.PDF