SlideShare uma empresa Scribd logo
Capacitor MOS 5
Regiane Ragi
Inclusão de efeitos na curva C-V básica
1
2
1 – A possível presença de cargas na camada do óxido.
2 – Questões de confiabilidade.
3 - Os efeitos do aparecimento de uma região de depleção no
gate de silício policristalino (poly-Si) – o que resulta efetivamente
no aumento na largura Tox.
4 - A espessura da camada de carga na acumulação e na
inversão, e efeitos quânticos.
Nesta apresentação vamos discutir :
3
1 – A possível presença de
cargas na camada do óxido
Modificação nas tensões de flat-band e de threshold,
Vfb e Vt, com a presença de carga na camada de óxido
4
A teoria básica de MOS ignora a possibilidade da
existência de cargas no dielétrico do gate.
Modificação nas tensões de flat-band e de threshold,
Vfb e Vt, com a presença de carga na camada de óxido
5
Na condição de flat-band o diagrama de banda de
energia da estrutura MOS pode ser representada como
EF ,EC
EV
EF
EV
EC
Vfb0
M O S
Largura do óxido : Tox
6
Assumindo que existe uma carga superficial Qox (C/cm2)
na interface Si02-Si, como o diagrama de banda de
energia se modificaria ?
EF ,EC
EV
EF
EV
EC
Vfb0
M O S
Diagrama de banda de energia na condição de flat-band
Largura do óxido : Tox
7
Assumindo que existe uma carga superficial Qox (C/cm2)
na interface Si02-Si, como o diagrama de banda de
energia se modificaria ?
EF ,EC
EV
EF
EV
EC
Vfb0
M O S
Diagrama de banda de energia na condição de flat-band
Largura do óxido : Tox
8
EF ,EC
EV
EF
EV
EC
Vfb
Diagrama de banda de energia na condição de flat-band
+
+
+
-Qox/Cox
M O S
EF ,EC
EV
EF
EV
EC
Vfb0
M O S
Sem qualquer carga no óxido
Com uma carga Qox na interface
óxido/substrato
Largura do óxido : Tox
9
EF ,EC
EV
EF
EV
EC
Vfb0
M O S
A tensão de flat-band no diagrama de banda de energia
abaixo é dado por
Vfb = ψg - ψs
Largura do óxido : Tox
10
EF ,EC
EV
EF
EV
EC
Vfb
+
+
+
-Qox/Cox
M O S
No seguinte diagrama
A carga no óxido, assumida
estar localizada na superfície
por simplicidade, induz um
campo elétrico no óxido, e
uma tensão no óxido dada
por
- Qox/Cox
Largura do óxido : Tox
11
EF ,EC
EV
EF
EV
EC
Vfb
+
+
+
-Qox/Cox
M O S
EF ,EC
EV
EF
EV
EC
Vfb0
M O S
Claramente Vfb0 ≠ Vfb
Largura do óxido : Tox
12
EF ,EC
EV
EF
EV
EC
Vfb
+
+
+
-Qox/Cox
M O S
EF ,EC
EV
EF
EV
EC
Vfb0
M O S
Claramente Vfb0 ≠ Vfb
Vfb = ψg - ψs - Qox/Cox
Largura do óxido : Tox
13
Como Qox varia Vfb, logo, a tensão de threshold, Vt,
também varia, uma vez que estão relacionadas através
da relação
14
Há diversos tipos de cargas
no óxido:
Cargas fixas positivas Devido à Íons de silício presentes na interface
Si/SiO2
Cargas móveis Acredita-se ser principalmente devido à íons de
sódio. Íons móveis, podem ser detectados
observando-se os desvios das Vfb e Vt sob
tensões de gate em temperaturas elevadas , à
200 ºC, devido ao movimento de íons no óxido.
Contaminação por sódio Deve ser eliminada através de água, produtos
químicos e recepientes usados na linha de
fabricação do MOS a fim de evitar instabilidades
das tensões de Vfb e Vt.
Armadilhas de interface ou
estados interfaciais
Podem estar presentes e podem armadilhar e
liberar elétrons e gerar ruído e degradar a
corrente de subthreshold do MOSFET.
15
2 – Questões de confiabilidade
16
Com o tempo, mais estados de interface e cargas no
óxido aparecem, devido à quebra ou rearranjo das
ligações químicas, após o óxido ter sido submetido a
altos campos elétricos.
17
Isto levanta questões de confiabilidade, pois a tensão
de limiar, Vt, e a corrente do transistor mudaria com o
uso e poderiam causar falhas nos circuitos.
18
Por isso, engenheiros trabalham para garantir a
confiabilidade do dispositivo, controlando o campo de
tensões e aperfeiçoando a qualidade da interface MOS,
verificando ou projetando a confiabilidade com testes
cuidadosos de longo prazo.
19
3 - Os efeitos do aparecimento de uma região de
depleção no gate de silício policristalino (poly-Si)
– o que resulta efetivamente no aumento na
largura Tox
Depleção no gate de silício policristalino
Considere um capacitor MOS com um gate fabricado a
partir de silício policristalino do tipo-p⁺ e substrato tipo-n.
20
Substrato Tipo-n
Cox
P+ P+
GATE Si policristalino p⁺
Depleção no gate de silício policristalino
Suponha que o capacitor seja polarizado na condição de
inversão.
21
Substrato Tipo-n
+ + + + + + + +
Cox
P+ P+
GATE Si policristalino p⁺
Depleção no gate de silício policristalino
A figura abaixo mostra que a continuidade no fluxo elétrico
requer o encurvamento das bandas no gate.
22
Depleção no gate de silício policristalino
Isto indica a presença de uma camada fina de depleção
no gate.
23
Substrato Tipo-n
+ + + + + + + +
Cox
P+ P+
GATE Si policristalino p⁺
Região de
depleção
Depleção no gate de silício policristalino
Dependendo da concentração de dopagem no gate e
do campo no óxido, a espessura da camada de
depleção no gate de Si policristalino, Wdpoly, pode ser da
ordem de 1 a 2 nm.
24
Depleção no gate de silício policristalino
De acordo com a Lei de Gauss
onde εox é a permissividade dielétrica no óxido, Ԑox é o
campo elétrico no óxido e Npoly é a concentração de
dopagem no gate de Si policristalino.
25
Substrato
Tipo-n
+ + + + + + + +
Cox
26
P+ P+
Si policristalino p⁺
Cpoly
GATE
Efeito da
depleção no gate
policristalino,
ilustrado com a
representação de
capacitores em
série.
Porque existe uma região
de depleção presente no
gate, pode-se dizer que é
adicionado um capacitor
em série ao capacitor do
óxido, como ilustrado na
figura ao lado:
Região de
depleção
27
A capacitância do MOS no regime de inversão torna-se
28
Note que, o efeito da presença da camada de depleção
no gate policristalino, é equivalente a se considerar um
aumento na largura do óxido Tox de uma quantidade de
passando a uma largura de óxido efetiva
29
Este resultado pode ter um impacto significativo na curva
C-V se Tox for fino.
30
A capacitância no gate cai a medida que o capacitor é
polarizado cada vez mais além da condição de inversão,
devido ao aumento da largura da região de depleção no
gate de silício policristalino, como mostrado na figura
abaixo:
http://www.eecs.berkeley.edu/~hu/Chenming-Hu_ch5.pdf
31
O efeito da existência da camada de depleção no gate
de silício policristalino é indesejável, porque uma
capacitância reduzida, significa uma Qinv reduzida, e
consequentemente, uma corrente reduzida no
transistor.
http://www.eecs.berkeley.edu/~hu/Chenming-Hu_ch5.pdf
32
A solução para este tipo de problema é dopar o gate de
silício policristalino o mais pesadamente possível.
33
No entanto, concentrações de dopagem muito altas
podem causar penetração de dopantes a partir do gate,
atravessando a camada de óxido, e chegando ao
substrato.
34
Gate de SiGe policristalino (poly-SiGe) podem ser
dopados a altas concentrações, assim melhorando a
depleção no gate.
35
A depleção no gate policristalino é eliminada em
tecnologia de MOSFETs mais avançados substituindo o
gate policristalino por um gate de metal.
36
O efeito da presença da camada de depleção no gate
policristalino, sobre a carga de inversão, pode ser
modelada da seguinte maneira
37
De fato, a depleção no gate policristalino reduz Vg por
uma quantidade de φpoly.
38
Isso significa que, mesmo quando φpoly = 0.1V já seria
totalmente indesejável, uma vez que a tensão de
alimentação, e portanto o máximo valor de Vg aplicado,
seria ao redor de 1 V.
39
4 – A espessura da camada de carga na
acumulação e na inversão, e efeitos quânticos.
40
Até agora, por simplicidade, havíamos assumido, que a
carga na inversão é uma folha de carga na interface
Si/SiO2.
41
Até agora, por simplicidade, havíamos assumido, que a
carga na inversão é uma folha de carga na interface
Si/SiO2.
Ou seja, que a camada de inversão é
infinitamente fina.
42
Na realidade, porém, o perfil de carga na inversão é
determinado pela solução das equações de
Schrödinger e de Poisson.
43
Por isso, esse tópico é frequentemente chamado de
Efeitos quânticos no MOSFET (em inglês, Quantum
mechanical effects in a MOS device)
44
Um exemplo de perfil de carga é mostrado na figura
abaixo:
http://www.eecs.berkeley.edu/~hu/Chenming-Hu_ch5.pdf
Densidade de elétrons
Espessura
da camada
de inversão Teoria
Quântica
Camada de
depleção do Si
policristalinoGate
Largura efetiva do dielétrico
Tox físico
Largura do óxido : Tox
45
http://www.eecs.berkeley.edu/~hu/Chenming-Hu_ch5.pdf
Densidade de elétrons
Espessura
da camada
de inversão Teoria
Quântica
Camada de
depleção do Si
policristalinoGate
Largura efetiva do dielétrico
Tox físico
A posição média ou o centróide da carga de inversão
abaixo da interface Si/SiO2 é chamado de espessura da
camada de inversão, Tinv.
Largura do óxido : Tox
46
Podemos pensar que o fundo do eletrodo do capacitor
MOS não esteja localizado exatamente na interface
Si/SiO2, mas sim, abaixo da interface, por uma
quantidade Tinv.
Eletrodo de cima
Eletrodo de baixo
Dielétrico
V = Diferença de potencial
entre os eletrodosGATE
Interface Si/SiO2
Tinv
ÓXIDO
Largura do óxido : Tox
47
Em outras palavras, Tox é aumentado efetivamente pela
quantidade Tinv/3, onde 3 é a razão de εs/εox.
Largura do óxido : Tox
48
A camada de acumulação tem uma espessura similar.
49
O efeito disso sobre a característica C-V básica, é
deprimir a curva C-V no início da inversão e da
acumulação.
http://www.eecs.berkeley.edu/~hu/Chenming-Hu_ch5.pdf
50
A seguir apresentamos o circuito equivalente para a
compreensão da curva C-V na região de depleção e na região
de inversão.
a. Caso geral para ambas as regiões de depleção e inversão;
b. Na região de depleção;
c. Na tensão de threshold, Vg ≈ Vt;
d. inversão forte.
51
A figura abaixo
explica a transição da curva C-V na figura abaixo
da depleção até a inversão.
52
Esta figura representa o caso geral.
Na região de depleção:
• Cinv é desprezível, ou seja, não há
carga de inversão, e
• Cpoly pode ser desprezada porque
• Wdpoly << Wdep.
Reduzindo portanto, a uma
combinação em série básica, de
Cox e de Cdep, como mostrada na
figura ao lado.
53
À medida que a tensão Vg aumenta na
direção da tensão de limiar, a tensão de
threshold, Vt, a capacitância na inversão,
Cinv, aumenta na medida que a carga na
inversão começa a aparecer, e a
capacitância total se eleva acima da C-V
básica mostrada no gráfico abaixo.
54
A capacitância sobe suavemente para
C0x porque a carga na inversão
não é localizada exatamente na
interface silício/óxido de silício, mas a
uma certa profundidade que varia com
Vg, como mostrado na figura abaixo:
Densidadede elétrons
Espessura
da camada
de inversão Teoria
Quântica
Camadade
depleção do Si
policristalinoGate
Largura efetiva do dielétrico
Tox físico
55
Para valores ainda maiores de Vg, Cpoly,
não pode ser assumido como sendo o
infinito, (Wdpoly aumenta), e C começa a
cair.
56
Tinv e Wdpoly eram assumidos desprezíveis quando Tox
era considerado grande (> 10 nm).
57
Porém, em caso de óxidos muito finos, estas
quantidades não podem ser desconsideradas.
58
Como é difícil separar Tox de Tinv e Wdpoly a partir
simplesmente de medidas, uma espessura de óxido
efetiva, Toxe, é frequentemente usada para caracterizar a
espessura efetiva total do oxido.
59
Toxe é deduzida a partir da capacitância medida na região
de inversão em Vg = Vdd.
60
Pode-se pensar que Toxe seja uma espessura de óxido
efetiva correspondendo também a uma capacitância de
óxido efetiva, Coxe.
61
Assim, Toxe é a soma de três espessuras:
Toxe = Tox + Wdpoly /3 + Tinv/3
onde 3 é a razão de εs/εox, a qual transforma Wdpoly e
Tinv em espessuras equivalentes de óxido.
62
A carga por área na inversão total é
63
Tipicamente, Toxe é maior do que Tox de 6 a 10 Angstrons.
64
Além disso, há um outro efeito quântico que aumenta a
tensão de threshold.
65
À altas concentrações de dopagem no substrato, o
campo elétrico alto no substrato na interface com o
óxido, faz com que os níveis de energia sejam
quantizados e efetivamente aumentam Eg e diminuem ni
na equação
66
Isto requer que a banda encurve mais antes de alcançar
o limite (threshold), isto é, ϕst aumentar.
67
O efeito líquido é que a tensão de limiar, a tensão de
threshold, é aumentada de lOO mV, ou então,
dependendo da concentração de dopagem devido a
este efeito quântico sobre o limiar de tensão.
68
Beyond
limits
69
Referências
70
71
http://www.eecs.berkeley.edu/~hu/Chenming-Hu_ch5.pdf
https://engineering.purdue.edu/~ee606/downloads/T5.PDF

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Diagramas de banda_de_energia_em_todos_os_regimes_de_polarizacao_do_mosfet
Diagramas de banda_de_energia_em_todos_os_regimes_de_polarizacao_do_mosfetDiagramas de banda_de_energia_em_todos_os_regimes_de_polarizacao_do_mosfet
Diagramas de banda_de_energia_em_todos_os_regimes_de_polarizacao_do_mosfetREGIANE APARECIDA RAGI PEREIRA
 
1 diodos_transistores word
1  diodos_transistores word1  diodos_transistores word
1 diodos_transistores wordCarla Lee
 
Apostila de eletronica basica
Apostila de eletronica basicaApostila de eletronica basica
Apostila de eletronica basicazeu1507
 
Cap 04 disp. e circ. elet. i aula 07
Cap 04 disp. e circ. elet. i   aula 07Cap 04 disp. e circ. elet. i   aula 07
Cap 04 disp. e circ. elet. i aula 07ORCI ALBUQUERQUE
 
APOSTILA DE TRANSISTOR, POLARIZAÇÃO
APOSTILA DE  TRANSISTOR, POLARIZAÇÃOAPOSTILA DE  TRANSISTOR, POLARIZAÇÃO
APOSTILA DE TRANSISTOR, POLARIZAÇÃOIsvaldo Souza
 
Apostila eletronica basica (2)
Apostila eletronica basica (2)Apostila eletronica basica (2)
Apostila eletronica basica (2)claudemir_rc
 
Transístor bipolar polarização
Transístor bipolar polarizaçãoTransístor bipolar polarização
Transístor bipolar polarizaçãoRoberto Jorge
 
Transistor bipolar
Transistor bipolarTransistor bipolar
Transistor bipolarcamarrotuga
 
Eletronica basica 2,1
Eletronica basica 2,1Eletronica basica 2,1
Eletronica basica 2,1andydurdem
 

Mais procurados (19)

Transistores unipolares jfet e mosfet
Transistores unipolares   jfet e mosfetTransistores unipolares   jfet e mosfet
Transistores unipolares jfet e mosfet
 
Diagramas de banda_de_energia_em_todos_os_regimes_de_polarizacao_do_mosfet
Diagramas de banda_de_energia_em_todos_os_regimes_de_polarizacao_do_mosfetDiagramas de banda_de_energia_em_todos_os_regimes_de_polarizacao_do_mosfet
Diagramas de banda_de_energia_em_todos_os_regimes_de_polarizacao_do_mosfet
 
1 diodos_transistores word
1  diodos_transistores word1  diodos_transistores word
1 diodos_transistores word
 
Apostila de eletronica basica
Apostila de eletronica basicaApostila de eletronica basica
Apostila de eletronica basica
 
Cap 04 disp. e circ. elet. i aula 07
Cap 04 disp. e circ. elet. i   aula 07Cap 04 disp. e circ. elet. i   aula 07
Cap 04 disp. e circ. elet. i aula 07
 
APOSTILA DE TRANSISTOR, POLARIZAÇÃO
APOSTILA DE  TRANSISTOR, POLARIZAÇÃOAPOSTILA DE  TRANSISTOR, POLARIZAÇÃO
APOSTILA DE TRANSISTOR, POLARIZAÇÃO
 
Eletronica basica
Eletronica basicaEletronica basica
Eletronica basica
 
Transistor bipolar de juncao (tbj) 2
Transistor bipolar de juncao (tbj)   2Transistor bipolar de juncao (tbj)   2
Transistor bipolar de juncao (tbj) 2
 
Emissor comum (polarizacao)
Emissor comum (polarizacao)Emissor comum (polarizacao)
Emissor comum (polarizacao)
 
Transistor bipolar
Transistor bipolarTransistor bipolar
Transistor bipolar
 
Transistor bipolar de juncao (TBJ) 1
Transistor bipolar de juncao (TBJ)   1Transistor bipolar de juncao (TBJ)   1
Transistor bipolar de juncao (TBJ) 1
 
Apostila eletronica basica (2)
Apostila eletronica basica (2)Apostila eletronica basica (2)
Apostila eletronica basica (2)
 
O modelo básico de corrente-tensão dos MOSFETs - 1
O modelo básico de corrente-tensão dos MOSFETs - 1O modelo básico de corrente-tensão dos MOSFETs - 1
O modelo básico de corrente-tensão dos MOSFETs - 1
 
Transístor bipolar polarização
Transístor bipolar polarizaçãoTransístor bipolar polarização
Transístor bipolar polarização
 
Fet
FetFet
Fet
 
1
11
1
 
022 transistor como chave
022   transistor como chave022   transistor como chave
022 transistor como chave
 
Transistor bipolar
Transistor bipolarTransistor bipolar
Transistor bipolar
 
Eletronica basica 2,1
Eletronica basica 2,1Eletronica basica 2,1
Eletronica basica 2,1
 

Semelhante a Capacitor MOS 5 - Inclusão de efeitos na curva C-V básica

O modelo básico de corrente-tensão I-V dos MOSFETs - 2
O modelo básico de corrente-tensão I-V dos MOSFETs - 2O modelo básico de corrente-tensão I-V dos MOSFETs - 2
O modelo básico de corrente-tensão I-V dos MOSFETs - 2REGIANE APARECIDA RAGI PEREIRA
 
Fisica exercicios eletrostatica_capacitores_gabarito
Fisica exercicios eletrostatica_capacitores_gabaritoFisica exercicios eletrostatica_capacitores_gabarito
Fisica exercicios eletrostatica_capacitores_gabaritoJosé Paulo Barreto
 
PhD Thesis Defense Presentation - Estudo da viabilidade de fabricação de disp...
PhD Thesis Defense Presentation - Estudo da viabilidade de fabricação de disp...PhD Thesis Defense Presentation - Estudo da viabilidade de fabricação de disp...
PhD Thesis Defense Presentation - Estudo da viabilidade de fabricação de disp...Alessandro Oliveira
 
PG_Vacu_2023jhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
PG_Vacu_2023jhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhPG_Vacu_2023jhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
PG_Vacu_2023jhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhandrekali666
 
Aula 4 - Eletricidade e Eletrônica - Resistores
Aula 4 - Eletricidade e Eletrônica - ResistoresAula 4 - Eletricidade e Eletrônica - Resistores
Aula 4 - Eletricidade e Eletrônica - ResistoresGuilherme Nonino Rosa
 
Curso básico de eletrônica digital parte 4
Curso básico de eletrônica digital parte 4Curso básico de eletrônica digital parte 4
Curso básico de eletrônica digital parte 4Renan Boccia
 
33 = Transistores MOSFET-Eletronica-P1.pdf
33 =  Transistores MOSFET-Eletronica-P1.pdf33 =  Transistores MOSFET-Eletronica-P1.pdf
33 = Transistores MOSFET-Eletronica-P1.pdfJrBennitoBennito
 
18.ago esmeralda 14.00_256_transleste
18.ago esmeralda 14.00_256_transleste18.ago esmeralda 14.00_256_transleste
18.ago esmeralda 14.00_256_translesteitgfiles
 
Massas refratarias com formacao de espinelia
Massas refratarias com formacao de espineliaMassas refratarias com formacao de espinelia
Massas refratarias com formacao de espineliaGeraldo Martins
 
Aula 01 e 02 09-2014 concreto i
Aula 01 e 02 09-2014 concreto iAula 01 e 02 09-2014 concreto i
Aula 01 e 02 09-2014 concreto iGustavo Moles
 
Aula 5 (capacitância).ppt
Aula 5 (capacitância).pptAula 5 (capacitância).ppt
Aula 5 (capacitância).pptMichael Esclapes
 
Livro 2 unidade 1 exercicios resolvidos física
Livro 2 unidade 1 exercicios resolvidos físicaLivro 2 unidade 1 exercicios resolvidos física
Livro 2 unidade 1 exercicios resolvidos físicatrigono_metria
 

Semelhante a Capacitor MOS 5 - Inclusão de efeitos na curva C-V básica (20)

O modelo básico de corrente-tensão I-V dos MOSFETs - 2
O modelo básico de corrente-tensão I-V dos MOSFETs - 2O modelo básico de corrente-tensão I-V dos MOSFETs - 2
O modelo básico de corrente-tensão I-V dos MOSFETs - 2
 
Efeitos quânticos nos mosfets
Efeitos quânticos nos mosfetsEfeitos quânticos nos mosfets
Efeitos quânticos nos mosfets
 
Varistores
VaristoresVaristores
Varistores
 
Transporte na interface metal
Transporte na interface metalTransporte na interface metal
Transporte na interface metal
 
apostila Semicondutores
apostila Semicondutoresapostila Semicondutores
apostila Semicondutores
 
Fisica exercicios eletrostatica_capacitores_gabarito
Fisica exercicios eletrostatica_capacitores_gabaritoFisica exercicios eletrostatica_capacitores_gabarito
Fisica exercicios eletrostatica_capacitores_gabarito
 
Interferencias
InterferenciasInterferencias
Interferencias
 
cap7_filmesfinoscondutores.ppt
cap7_filmesfinoscondutores.pptcap7_filmesfinoscondutores.ppt
cap7_filmesfinoscondutores.ppt
 
PhD Thesis Defense Presentation - Estudo da viabilidade de fabricação de disp...
PhD Thesis Defense Presentation - Estudo da viabilidade de fabricação de disp...PhD Thesis Defense Presentation - Estudo da viabilidade de fabricação de disp...
PhD Thesis Defense Presentation - Estudo da viabilidade de fabricação de disp...
 
PG_Vacu_2023jhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
PG_Vacu_2023jhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhPG_Vacu_2023jhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
PG_Vacu_2023jhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
 
Aula 4 - Eletricidade e Eletrônica - Resistores
Aula 4 - Eletricidade e Eletrônica - ResistoresAula 4 - Eletricidade e Eletrônica - Resistores
Aula 4 - Eletricidade e Eletrônica - Resistores
 
Curso básico de eletrônica digital parte 4
Curso básico de eletrônica digital parte 4Curso básico de eletrônica digital parte 4
Curso básico de eletrônica digital parte 4
 
33 = Transistores MOSFET-Eletronica-P1.pdf
33 =  Transistores MOSFET-Eletronica-P1.pdf33 =  Transistores MOSFET-Eletronica-P1.pdf
33 = Transistores MOSFET-Eletronica-P1.pdf
 
18.ago esmeralda 14.00_256_transleste
18.ago esmeralda 14.00_256_transleste18.ago esmeralda 14.00_256_transleste
18.ago esmeralda 14.00_256_transleste
 
Massas refratarias com formacao de espinelia
Massas refratarias com formacao de espineliaMassas refratarias com formacao de espinelia
Massas refratarias com formacao de espinelia
 
Apostila projeto fisico_de_magneticos
Apostila projeto fisico_de_magneticosApostila projeto fisico_de_magneticos
Apostila projeto fisico_de_magneticos
 
Soldas e-procedimentos
Soldas e-procedimentosSoldas e-procedimentos
Soldas e-procedimentos
 
Aula 01 e 02 09-2014 concreto i
Aula 01 e 02 09-2014 concreto iAula 01 e 02 09-2014 concreto i
Aula 01 e 02 09-2014 concreto i
 
Aula 5 (capacitância).ppt
Aula 5 (capacitância).pptAula 5 (capacitância).ppt
Aula 5 (capacitância).ppt
 
Livro 2 unidade 1 exercicios resolvidos física
Livro 2 unidade 1 exercicios resolvidos físicaLivro 2 unidade 1 exercicios resolvidos física
Livro 2 unidade 1 exercicios resolvidos física
 

Mais de REGIANE APARECIDA RAGI PEREIRA

Equação diferencial de Bessel no Maple com DEtools.pptx
Equação diferencial de Bessel no Maple com DEtools.pptxEquação diferencial de Bessel no Maple com DEtools.pptx
Equação diferencial de Bessel no Maple com DEtools.pptxREGIANE APARECIDA RAGI PEREIRA
 
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 7
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 7A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 7
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 7REGIANE APARECIDA RAGI PEREIRA
 
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 6
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 6A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 6
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 6REGIANE APARECIDA RAGI PEREIRA
 
Transporte em nanoestruturas_3_algumas_consideracoes_fisicas
Transporte em nanoestruturas_3_algumas_consideracoes_fisicasTransporte em nanoestruturas_3_algumas_consideracoes_fisicas
Transporte em nanoestruturas_3_algumas_consideracoes_fisicasREGIANE APARECIDA RAGI PEREIRA
 
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 5
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 5A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 5
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 5REGIANE APARECIDA RAGI PEREIRA
 
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 2
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 2A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 2
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 2REGIANE APARECIDA RAGI PEREIRA
 
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 4
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 4A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 4
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 4REGIANE APARECIDA RAGI PEREIRA
 
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais - 3
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais - 3A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais - 3
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais - 3REGIANE APARECIDA RAGI PEREIRA
 

Mais de REGIANE APARECIDA RAGI PEREIRA (20)

Equação diferencial de Bessel no Maple com DEtools.pptx
Equação diferencial de Bessel no Maple com DEtools.pptxEquação diferencial de Bessel no Maple com DEtools.pptx
Equação diferencial de Bessel no Maple com DEtools.pptx
 
Encontrando os Zeros de função com o Maple
Encontrando os Zeros de função com o MapleEncontrando os Zeros de função com o Maple
Encontrando os Zeros de função com o Maple
 
De formas primitivas de memória até a DRAM
De formas primitivas de memória até a DRAMDe formas primitivas de memória até a DRAM
De formas primitivas de memória até a DRAM
 
Como extrair pontos de um gráfico usando MATLAB
Como extrair pontos de um gráfico usando MATLABComo extrair pontos de um gráfico usando MATLAB
Como extrair pontos de um gráfico usando MATLAB
 
16 - A Evolução do Pensamento Mecanizado
16 - A Evolução do Pensamento Mecanizado16 - A Evolução do Pensamento Mecanizado
16 - A Evolução do Pensamento Mecanizado
 
15 - A Evolução do Pensamento Mecanizado
15 - A Evolução do Pensamento Mecanizado15 - A Evolução do Pensamento Mecanizado
15 - A Evolução do Pensamento Mecanizado
 
14 - A Evolução do Pensamento Mecanizado
14 - A Evolução do Pensamento Mecanizado14 - A Evolução do Pensamento Mecanizado
14 - A Evolução do Pensamento Mecanizado
 
13 - A Evolução do Pensamento Mecanizado
13 - A Evolução do Pensamento Mecanizado13 - A Evolução do Pensamento Mecanizado
13 - A Evolução do Pensamento Mecanizado
 
12 - A Evolução do Pensamento Mecanizado
12 - A Evolução do Pensamento Mecanizado12 - A Evolução do Pensamento Mecanizado
12 - A Evolução do Pensamento Mecanizado
 
10 - A Evolução do Pensamento Mecanizado
10 - A Evolução do Pensamento Mecanizado 10 - A Evolução do Pensamento Mecanizado
10 - A Evolução do Pensamento Mecanizado
 
09 - A Evolução do Pensamento Mecanizado
09 - A Evolução do Pensamento Mecanizado09 - A Evolução do Pensamento Mecanizado
09 - A Evolução do Pensamento Mecanizado
 
08 - A Evolução do Pensamento Mecanizado
08 - A Evolução do Pensamento Mecanizado 08 - A Evolução do Pensamento Mecanizado
08 - A Evolução do Pensamento Mecanizado
 
O diodo impatt
O diodo impattO diodo impatt
O diodo impatt
 
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 7
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 7A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 7
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 7
 
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 6
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 6A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 6
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 6
 
Transporte em nanoestruturas_3_algumas_consideracoes_fisicas
Transporte em nanoestruturas_3_algumas_consideracoes_fisicasTransporte em nanoestruturas_3_algumas_consideracoes_fisicas
Transporte em nanoestruturas_3_algumas_consideracoes_fisicas
 
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 5
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 5A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 5
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 5
 
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 2
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 2A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 2
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 2
 
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 4
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 4A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 4
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais 4
 
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais - 3
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais - 3A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais - 3
A evolução do pensamento mecanizado até os computadores atuais - 3
 

Último

AE02 - MAQUINAS TÉRMICAS UNICESUMAR 52/2024
AE02 - MAQUINAS TÉRMICAS UNICESUMAR 52/2024AE02 - MAQUINAS TÉRMICAS UNICESUMAR 52/2024
AE02 - MAQUINAS TÉRMICAS UNICESUMAR 52/2024Consultoria Acadêmica
 
Checklist de renovação de AVCB -Auto de Vistoria do Corpo de Bombeiros.pdf
Checklist de renovação de AVCB -Auto de Vistoria do Corpo de Bombeiros.pdfChecklist de renovação de AVCB -Auto de Vistoria do Corpo de Bombeiros.pdf
Checklist de renovação de AVCB -Auto de Vistoria do Corpo de Bombeiros.pdfVandersonOliveira39
 
AE01 - ESTUDO CONTEMPORÂNEO E TRANSVERSAL RELACOES DE CONSUMO E SUSTENTABILI...
AE01 - ESTUDO CONTEMPORÂNEO E TRANSVERSAL  RELACOES DE CONSUMO E SUSTENTABILI...AE01 - ESTUDO CONTEMPORÂNEO E TRANSVERSAL  RELACOES DE CONSUMO E SUSTENTABILI...
AE01 - ESTUDO CONTEMPORÂNEO E TRANSVERSAL RELACOES DE CONSUMO E SUSTENTABILI...Consultoria Acadêmica
 
Aula 03 - Gestão da Manutenção - OS e Software de Gerenciamento de Manutenção...
Aula 03 - Gestão da Manutenção - OS e Software de Gerenciamento de Manutenção...Aula 03 - Gestão da Manutenção - OS e Software de Gerenciamento de Manutenção...
Aula 03 - Gestão da Manutenção - OS e Software de Gerenciamento de Manutenção...JairGaldino4
 
AE01 -ESTUDO CONTEMPORÂNEO E TRANSVERSAL -COMUNICAÇÃO ASSERTIVA E INTERPESSOA...
AE01 -ESTUDO CONTEMPORÂNEO E TRANSVERSAL -COMUNICAÇÃO ASSERTIVA E INTERPESSOA...AE01 -ESTUDO CONTEMPORÂNEO E TRANSVERSAL -COMUNICAÇÃO ASSERTIVA E INTERPESSOA...
AE01 -ESTUDO CONTEMPORÂNEO E TRANSVERSAL -COMUNICAÇÃO ASSERTIVA E INTERPESSOA...Consultoria Acadêmica
 
ST 2024 Statum Apresentação Comercial - VF
ST 2024 Statum Apresentação Comercial - VFST 2024 Statum Apresentação Comercial - VF
ST 2024 Statum Apresentação Comercial - VFmarketing18485
 
ATIVIDADE 2 - PSICOLOGIA ORGANIZACIONAL - ok.pdf
ATIVIDADE 2 - PSICOLOGIA ORGANIZACIONAL - ok.pdfATIVIDADE 2 - PSICOLOGIA ORGANIZACIONAL - ok.pdf
ATIVIDADE 2 - PSICOLOGIA ORGANIZACIONAL - ok.pdfColaborar Educacional
 

Último (7)

AE02 - MAQUINAS TÉRMICAS UNICESUMAR 52/2024
AE02 - MAQUINAS TÉRMICAS UNICESUMAR 52/2024AE02 - MAQUINAS TÉRMICAS UNICESUMAR 52/2024
AE02 - MAQUINAS TÉRMICAS UNICESUMAR 52/2024
 
Checklist de renovação de AVCB -Auto de Vistoria do Corpo de Bombeiros.pdf
Checklist de renovação de AVCB -Auto de Vistoria do Corpo de Bombeiros.pdfChecklist de renovação de AVCB -Auto de Vistoria do Corpo de Bombeiros.pdf
Checklist de renovação de AVCB -Auto de Vistoria do Corpo de Bombeiros.pdf
 
AE01 - ESTUDO CONTEMPORÂNEO E TRANSVERSAL RELACOES DE CONSUMO E SUSTENTABILI...
AE01 - ESTUDO CONTEMPORÂNEO E TRANSVERSAL  RELACOES DE CONSUMO E SUSTENTABILI...AE01 - ESTUDO CONTEMPORÂNEO E TRANSVERSAL  RELACOES DE CONSUMO E SUSTENTABILI...
AE01 - ESTUDO CONTEMPORÂNEO E TRANSVERSAL RELACOES DE CONSUMO E SUSTENTABILI...
 
Aula 03 - Gestão da Manutenção - OS e Software de Gerenciamento de Manutenção...
Aula 03 - Gestão da Manutenção - OS e Software de Gerenciamento de Manutenção...Aula 03 - Gestão da Manutenção - OS e Software de Gerenciamento de Manutenção...
Aula 03 - Gestão da Manutenção - OS e Software de Gerenciamento de Manutenção...
 
AE01 -ESTUDO CONTEMPORÂNEO E TRANSVERSAL -COMUNICAÇÃO ASSERTIVA E INTERPESSOA...
AE01 -ESTUDO CONTEMPORÂNEO E TRANSVERSAL -COMUNICAÇÃO ASSERTIVA E INTERPESSOA...AE01 -ESTUDO CONTEMPORÂNEO E TRANSVERSAL -COMUNICAÇÃO ASSERTIVA E INTERPESSOA...
AE01 -ESTUDO CONTEMPORÂNEO E TRANSVERSAL -COMUNICAÇÃO ASSERTIVA E INTERPESSOA...
 
ST 2024 Statum Apresentação Comercial - VF
ST 2024 Statum Apresentação Comercial - VFST 2024 Statum Apresentação Comercial - VF
ST 2024 Statum Apresentação Comercial - VF
 
ATIVIDADE 2 - PSICOLOGIA ORGANIZACIONAL - ok.pdf
ATIVIDADE 2 - PSICOLOGIA ORGANIZACIONAL - ok.pdfATIVIDADE 2 - PSICOLOGIA ORGANIZACIONAL - ok.pdf
ATIVIDADE 2 - PSICOLOGIA ORGANIZACIONAL - ok.pdf
 

Capacitor MOS 5 - Inclusão de efeitos na curva C-V básica

  • 1. Capacitor MOS 5 Regiane Ragi Inclusão de efeitos na curva C-V básica 1
  • 2. 2 1 – A possível presença de cargas na camada do óxido. 2 – Questões de confiabilidade. 3 - Os efeitos do aparecimento de uma região de depleção no gate de silício policristalino (poly-Si) – o que resulta efetivamente no aumento na largura Tox. 4 - A espessura da camada de carga na acumulação e na inversão, e efeitos quânticos. Nesta apresentação vamos discutir :
  • 3. 3 1 – A possível presença de cargas na camada do óxido
  • 4. Modificação nas tensões de flat-band e de threshold, Vfb e Vt, com a presença de carga na camada de óxido 4 A teoria básica de MOS ignora a possibilidade da existência de cargas no dielétrico do gate.
  • 5. Modificação nas tensões de flat-band e de threshold, Vfb e Vt, com a presença de carga na camada de óxido 5 Na condição de flat-band o diagrama de banda de energia da estrutura MOS pode ser representada como EF ,EC EV EF EV EC Vfb0 M O S Largura do óxido : Tox
  • 6. 6 Assumindo que existe uma carga superficial Qox (C/cm2) na interface Si02-Si, como o diagrama de banda de energia se modificaria ? EF ,EC EV EF EV EC Vfb0 M O S Diagrama de banda de energia na condição de flat-band Largura do óxido : Tox
  • 7. 7 Assumindo que existe uma carga superficial Qox (C/cm2) na interface Si02-Si, como o diagrama de banda de energia se modificaria ? EF ,EC EV EF EV EC Vfb0 M O S Diagrama de banda de energia na condição de flat-band Largura do óxido : Tox
  • 8. 8 EF ,EC EV EF EV EC Vfb Diagrama de banda de energia na condição de flat-band + + + -Qox/Cox M O S EF ,EC EV EF EV EC Vfb0 M O S Sem qualquer carga no óxido Com uma carga Qox na interface óxido/substrato Largura do óxido : Tox
  • 9. 9 EF ,EC EV EF EV EC Vfb0 M O S A tensão de flat-band no diagrama de banda de energia abaixo é dado por Vfb = ψg - ψs Largura do óxido : Tox
  • 10. 10 EF ,EC EV EF EV EC Vfb + + + -Qox/Cox M O S No seguinte diagrama A carga no óxido, assumida estar localizada na superfície por simplicidade, induz um campo elétrico no óxido, e uma tensão no óxido dada por - Qox/Cox Largura do óxido : Tox
  • 11. 11 EF ,EC EV EF EV EC Vfb + + + -Qox/Cox M O S EF ,EC EV EF EV EC Vfb0 M O S Claramente Vfb0 ≠ Vfb Largura do óxido : Tox
  • 12. 12 EF ,EC EV EF EV EC Vfb + + + -Qox/Cox M O S EF ,EC EV EF EV EC Vfb0 M O S Claramente Vfb0 ≠ Vfb Vfb = ψg - ψs - Qox/Cox Largura do óxido : Tox
  • 13. 13 Como Qox varia Vfb, logo, a tensão de threshold, Vt, também varia, uma vez que estão relacionadas através da relação
  • 14. 14 Há diversos tipos de cargas no óxido: Cargas fixas positivas Devido à Íons de silício presentes na interface Si/SiO2 Cargas móveis Acredita-se ser principalmente devido à íons de sódio. Íons móveis, podem ser detectados observando-se os desvios das Vfb e Vt sob tensões de gate em temperaturas elevadas , à 200 ºC, devido ao movimento de íons no óxido. Contaminação por sódio Deve ser eliminada através de água, produtos químicos e recepientes usados na linha de fabricação do MOS a fim de evitar instabilidades das tensões de Vfb e Vt. Armadilhas de interface ou estados interfaciais Podem estar presentes e podem armadilhar e liberar elétrons e gerar ruído e degradar a corrente de subthreshold do MOSFET.
  • 15. 15 2 – Questões de confiabilidade
  • 16. 16 Com o tempo, mais estados de interface e cargas no óxido aparecem, devido à quebra ou rearranjo das ligações químicas, após o óxido ter sido submetido a altos campos elétricos.
  • 17. 17 Isto levanta questões de confiabilidade, pois a tensão de limiar, Vt, e a corrente do transistor mudaria com o uso e poderiam causar falhas nos circuitos.
  • 18. 18 Por isso, engenheiros trabalham para garantir a confiabilidade do dispositivo, controlando o campo de tensões e aperfeiçoando a qualidade da interface MOS, verificando ou projetando a confiabilidade com testes cuidadosos de longo prazo.
  • 19. 19 3 - Os efeitos do aparecimento de uma região de depleção no gate de silício policristalino (poly-Si) – o que resulta efetivamente no aumento na largura Tox
  • 20. Depleção no gate de silício policristalino Considere um capacitor MOS com um gate fabricado a partir de silício policristalino do tipo-p⁺ e substrato tipo-n. 20 Substrato Tipo-n Cox P+ P+ GATE Si policristalino p⁺
  • 21. Depleção no gate de silício policristalino Suponha que o capacitor seja polarizado na condição de inversão. 21 Substrato Tipo-n + + + + + + + + Cox P+ P+ GATE Si policristalino p⁺
  • 22. Depleção no gate de silício policristalino A figura abaixo mostra que a continuidade no fluxo elétrico requer o encurvamento das bandas no gate. 22
  • 23. Depleção no gate de silício policristalino Isto indica a presença de uma camada fina de depleção no gate. 23 Substrato Tipo-n + + + + + + + + Cox P+ P+ GATE Si policristalino p⁺ Região de depleção
  • 24. Depleção no gate de silício policristalino Dependendo da concentração de dopagem no gate e do campo no óxido, a espessura da camada de depleção no gate de Si policristalino, Wdpoly, pode ser da ordem de 1 a 2 nm. 24
  • 25. Depleção no gate de silício policristalino De acordo com a Lei de Gauss onde εox é a permissividade dielétrica no óxido, Ԑox é o campo elétrico no óxido e Npoly é a concentração de dopagem no gate de Si policristalino. 25
  • 26. Substrato Tipo-n + + + + + + + + Cox 26 P+ P+ Si policristalino p⁺ Cpoly GATE Efeito da depleção no gate policristalino, ilustrado com a representação de capacitores em série. Porque existe uma região de depleção presente no gate, pode-se dizer que é adicionado um capacitor em série ao capacitor do óxido, como ilustrado na figura ao lado: Região de depleção
  • 27. 27 A capacitância do MOS no regime de inversão torna-se
  • 28. 28 Note que, o efeito da presença da camada de depleção no gate policristalino, é equivalente a se considerar um aumento na largura do óxido Tox de uma quantidade de passando a uma largura de óxido efetiva
  • 29. 29 Este resultado pode ter um impacto significativo na curva C-V se Tox for fino.
  • 30. 30 A capacitância no gate cai a medida que o capacitor é polarizado cada vez mais além da condição de inversão, devido ao aumento da largura da região de depleção no gate de silício policristalino, como mostrado na figura abaixo: http://www.eecs.berkeley.edu/~hu/Chenming-Hu_ch5.pdf
  • 31. 31 O efeito da existência da camada de depleção no gate de silício policristalino é indesejável, porque uma capacitância reduzida, significa uma Qinv reduzida, e consequentemente, uma corrente reduzida no transistor. http://www.eecs.berkeley.edu/~hu/Chenming-Hu_ch5.pdf
  • 32. 32 A solução para este tipo de problema é dopar o gate de silício policristalino o mais pesadamente possível.
  • 33. 33 No entanto, concentrações de dopagem muito altas podem causar penetração de dopantes a partir do gate, atravessando a camada de óxido, e chegando ao substrato.
  • 34. 34 Gate de SiGe policristalino (poly-SiGe) podem ser dopados a altas concentrações, assim melhorando a depleção no gate.
  • 35. 35 A depleção no gate policristalino é eliminada em tecnologia de MOSFETs mais avançados substituindo o gate policristalino por um gate de metal.
  • 36. 36 O efeito da presença da camada de depleção no gate policristalino, sobre a carga de inversão, pode ser modelada da seguinte maneira
  • 37. 37 De fato, a depleção no gate policristalino reduz Vg por uma quantidade de φpoly.
  • 38. 38 Isso significa que, mesmo quando φpoly = 0.1V já seria totalmente indesejável, uma vez que a tensão de alimentação, e portanto o máximo valor de Vg aplicado, seria ao redor de 1 V.
  • 39. 39 4 – A espessura da camada de carga na acumulação e na inversão, e efeitos quânticos.
  • 40. 40 Até agora, por simplicidade, havíamos assumido, que a carga na inversão é uma folha de carga na interface Si/SiO2.
  • 41. 41 Até agora, por simplicidade, havíamos assumido, que a carga na inversão é uma folha de carga na interface Si/SiO2. Ou seja, que a camada de inversão é infinitamente fina.
  • 42. 42 Na realidade, porém, o perfil de carga na inversão é determinado pela solução das equações de Schrödinger e de Poisson.
  • 43. 43 Por isso, esse tópico é frequentemente chamado de Efeitos quânticos no MOSFET (em inglês, Quantum mechanical effects in a MOS device)
  • 44. 44 Um exemplo de perfil de carga é mostrado na figura abaixo: http://www.eecs.berkeley.edu/~hu/Chenming-Hu_ch5.pdf Densidade de elétrons Espessura da camada de inversão Teoria Quântica Camada de depleção do Si policristalinoGate Largura efetiva do dielétrico Tox físico Largura do óxido : Tox
  • 45. 45 http://www.eecs.berkeley.edu/~hu/Chenming-Hu_ch5.pdf Densidade de elétrons Espessura da camada de inversão Teoria Quântica Camada de depleção do Si policristalinoGate Largura efetiva do dielétrico Tox físico A posição média ou o centróide da carga de inversão abaixo da interface Si/SiO2 é chamado de espessura da camada de inversão, Tinv. Largura do óxido : Tox
  • 46. 46 Podemos pensar que o fundo do eletrodo do capacitor MOS não esteja localizado exatamente na interface Si/SiO2, mas sim, abaixo da interface, por uma quantidade Tinv. Eletrodo de cima Eletrodo de baixo Dielétrico V = Diferença de potencial entre os eletrodosGATE Interface Si/SiO2 Tinv ÓXIDO Largura do óxido : Tox
  • 47. 47 Em outras palavras, Tox é aumentado efetivamente pela quantidade Tinv/3, onde 3 é a razão de εs/εox. Largura do óxido : Tox
  • 48. 48 A camada de acumulação tem uma espessura similar.
  • 49. 49 O efeito disso sobre a característica C-V básica, é deprimir a curva C-V no início da inversão e da acumulação. http://www.eecs.berkeley.edu/~hu/Chenming-Hu_ch5.pdf
  • 50. 50 A seguir apresentamos o circuito equivalente para a compreensão da curva C-V na região de depleção e na região de inversão. a. Caso geral para ambas as regiões de depleção e inversão; b. Na região de depleção; c. Na tensão de threshold, Vg ≈ Vt; d. inversão forte.
  • 51. 51 A figura abaixo explica a transição da curva C-V na figura abaixo da depleção até a inversão.
  • 52. 52 Esta figura representa o caso geral. Na região de depleção: • Cinv é desprezível, ou seja, não há carga de inversão, e • Cpoly pode ser desprezada porque • Wdpoly << Wdep. Reduzindo portanto, a uma combinação em série básica, de Cox e de Cdep, como mostrada na figura ao lado.
  • 53. 53 À medida que a tensão Vg aumenta na direção da tensão de limiar, a tensão de threshold, Vt, a capacitância na inversão, Cinv, aumenta na medida que a carga na inversão começa a aparecer, e a capacitância total se eleva acima da C-V básica mostrada no gráfico abaixo.
  • 54. 54 A capacitância sobe suavemente para C0x porque a carga na inversão não é localizada exatamente na interface silício/óxido de silício, mas a uma certa profundidade que varia com Vg, como mostrado na figura abaixo: Densidadede elétrons Espessura da camada de inversão Teoria Quântica Camadade depleção do Si policristalinoGate Largura efetiva do dielétrico Tox físico
  • 55. 55 Para valores ainda maiores de Vg, Cpoly, não pode ser assumido como sendo o infinito, (Wdpoly aumenta), e C começa a cair.
  • 56. 56 Tinv e Wdpoly eram assumidos desprezíveis quando Tox era considerado grande (> 10 nm).
  • 57. 57 Porém, em caso de óxidos muito finos, estas quantidades não podem ser desconsideradas.
  • 58. 58 Como é difícil separar Tox de Tinv e Wdpoly a partir simplesmente de medidas, uma espessura de óxido efetiva, Toxe, é frequentemente usada para caracterizar a espessura efetiva total do oxido.
  • 59. 59 Toxe é deduzida a partir da capacitância medida na região de inversão em Vg = Vdd.
  • 60. 60 Pode-se pensar que Toxe seja uma espessura de óxido efetiva correspondendo também a uma capacitância de óxido efetiva, Coxe.
  • 61. 61 Assim, Toxe é a soma de três espessuras: Toxe = Tox + Wdpoly /3 + Tinv/3 onde 3 é a razão de εs/εox, a qual transforma Wdpoly e Tinv em espessuras equivalentes de óxido.
  • 62. 62 A carga por área na inversão total é
  • 63. 63 Tipicamente, Toxe é maior do que Tox de 6 a 10 Angstrons.
  • 64. 64 Além disso, há um outro efeito quântico que aumenta a tensão de threshold.
  • 65. 65 À altas concentrações de dopagem no substrato, o campo elétrico alto no substrato na interface com o óxido, faz com que os níveis de energia sejam quantizados e efetivamente aumentam Eg e diminuem ni na equação
  • 66. 66 Isto requer que a banda encurve mais antes de alcançar o limite (threshold), isto é, ϕst aumentar.
  • 67. 67 O efeito líquido é que a tensão de limiar, a tensão de threshold, é aumentada de lOO mV, ou então, dependendo da concentração de dopagem devido a este efeito quântico sobre o limiar de tensão.
  • 69. 69