Elektronika Ciała Stałego
Laboratorium. Ćwiczenie M. Oddziaływania polowe w strukturze MOS.
1.
Co to jest kondensator MOS?
Kondensator MOS składa się z bramki z metalu (lub polikrystalicznego krzemu), izolatora
(tlenku krzemu) i podłoŜa z półprzewodnika.
2.
Wyjaśnić pojęcie napięcia kontaktowego.
Φ
[MS] - róŜnica prac wyjścia z metalu i półprzewodnika.
3.
Wyjaśnić pojęcie napięcia płaskich pasm.
Napięcie płaskich pasm U[FB] to napięcie, które naleŜy przyłoŜyć do bramki, aby pasma
w obszarze półprzewodnika się wyprostowały. W rzeczywistym kondensatorze MOS we
wzorze na napięcie płaskich pasm trzeba takŜe dodać poprawkę na napięcie, wynikające z
istnienia ładunku efektywnego.
4.
Wyjaśnić pojęcie napięcia progowego.
U[T] - napięcie pomiędzy bramką a podłoŜem, przy którym koncentracja nośników
mniejszościowych przy powierzchni półprzewodnika jest równa koncentracji nośników
większościowych w jego objętości.
5.
Omówić stany, w jakich moŜe znajdować się przypowierzchniowy obszar półprzewodnika
przy róŜnych napięciach przyłoŜonych do bramki.
U[G]- napięcie bramka - podłoŜe dla U[G] < U[FB] ładunek zgromadzony na bramce nie
wystarcza do wytworzenia stanu płaskich pasm. Powoduje to gromadzenie się nośników
większościowych (tu akurat dziur) w wąskiej, powierzchniowej warstwie półprzewodnika.
W związku z tym pasma energetyczne w tej części półprzewodnika zaginają się do góry
(rys. 6). Stan ten jest określany mianem akumulacji. dla U[FB] < U[G] < U[T] ładunek jest
większy, niŜ potrzebny do uzyskania stanu płaskich pasm, ale jest on za niski, Ŝeby
osiągnąć zagięcie pasm Φ[S]=2 Φ[F]. Rozpatrujemy wtedy 2 przypadki:
•
- dla 0 < Φ[S] < Φ[F] ładunek zgromadzony na bramce jest większy pęd ładunku
potrzebnego do uzyskania stanu płaskich pasm i powoduje on odpłynięcie dziur od
przypowierzchniowego obszaru półprzewodnika (rys. 7)
•
- dla Φ[F] < Φ[S] < 2Φ[F] ładunek zgromadzony na bramce jest większy od ładunku
w poprzednim przypadku i powoduje odpycha nie nośników większościowych (dziur),
ale takŜe przyciąga nośniki mniejszościowe (elektrony). Mimo to koncentracja
elektronów w obszarze przypowierzchniowym jest niewielka i mniejsza, niŜ
koncentracja dziur w głębi półprzewodnika. Stan ten jest nazywany stanem słabej
inwersji.
•
- dla U[T] < U[G] ładunek zgromadzony w bramce jest tak duŜy, Ŝe powoduje
zagięcie pasm Φ[S] > 2Φ[F] wskutek czego koncentracja nośników mniejszościowych
na powierzchni półprzewodnika jest większa niŜ koncentracja nośników
mniejszościowych w jego objętości. Jest to stan silnej inwersji.
6.
Wyjaśnić pojęcie przybliŜenia zuboŜenia. Dlaczego w obszarze zuboŜonym gęstość ładunku
jest stała, niezaleŜna od połoŜenia i potencjału powierzchniowego?
PrzybliŜenie zuboŜenia to załoŜenie, Ŝe w pewnym obszarze do xd od powierzchni
półprzewodnika wszystkie domieszki są nieskompensowane, natomiast dalej juŜ wszystkie
skompensowane przez nośniki większościowe.
