O documento descreve os diagramas de banda de energia de um MOSFET em diferentes regimes de polarização: (1) flat-band, (2) acumulação, (3) depleção e (4) inversão. À medida que a tensão aplicada ao gate varia, o nível de Fermi e a curvatura das bandas no semicondutor e óxido também variam, levando a diferentes distribuições de carga na interface.

1. Diagramas de banda de energia em cada
regime de polarização do MOSFET
Regiane Ragi
1

2. Começamos com o MOSFET na condição de flat-band,
com ϕM ≠ ϕS, qVfb = ϕM - ϕs
χSiO2
ϕM
EFM
EFSM
EV
EC
ϕsχSi
M O S
E0
qVg = qVfb
2

3. 3
Se uma tensão mais negativa que a tensão de flat-band,
Vfb,for aplicada ao gate (VG < Vfb), o nível de Fermi no
metal levanta e as bandas de energia, no semicondutor
e no óxido, exibem uma inclinação descendente.
EFM
EFSM
EV
EC
M O S
qVg < qVfb
qVox
qψs
Acumulação
Apenas uma pequena
quantidade de
encurvamento de
banda no
semicondutor, ψs, é
necessária para
acumular a carga de
acumulação, de modo
que quase toda a
variação de potencial
encontra-se dentro do
óxido, Vox = VG.

4. 4
EFM
EFSM
EV
EC
qVg
Quando aplicamos no gate uma tensão um pouco maior
do que a tensão de flat-band, (VG > Vfb), o nível de Fermi
no metal abaixa e as bandas de energia, no
semicondutor e no óxido, exibem uma inclinação
ascendente.
M O S
qVox
Depleção

5. 5
Quando VG > Vfb é tal que a concentração de elétrons
na superfície, ns, é igual à concentração de dopagem no
bulk, Na, dizemos que o MOS atingiu a CONDIÇÃO DE
THRESHOLD ou de LIMIAR, tensão Vt. Esta condição pode
ser bem entendida no diagrama de banda de energia
quando as quantidades A = B e C = D.
EFM
EFSM
EV
EC
qVg=qVt
M O S
qVox
A
B
Ei
Ei é a curva desenhada no meio
da banda, a qual corresponde à
metade de EC e Ev.
C
D

6. 6
Quando VG > Vt surge uma camada de inversão de
elétrons sob o gate, e o nível de Fermi no metal abaixa
ainda mais. Como VG é positivo, as bandas de energia,
no semicondutor e no óxido, exibem uma inclinação
ascendente.
EFM
EFSM
EV
EC
qVg
M O S
qVox
INVERSÃO