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CAPACITOR MOS COM SUBSTRATO TIPO-P. DIAGRAMA DE BANDAS DE ENERGIA ESTRUTURA MOS COM SUBSTRATO TIPO-P CAPACITOR IDEAL INEXISTÊNCIA DE CARGAS METAL = SEMICONDUTOR.

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Apresentação em tema: "CAPACITOR MOS COM SUBSTRATO TIPO-P. DIAGRAMA DE BANDAS DE ENERGIA ESTRUTURA MOS COM SUBSTRATO TIPO-P CAPACITOR IDEAL INEXISTÊNCIA DE CARGAS METAL = SEMICONDUTOR."— Transcrição da apresentação:

1 CAPACITOR MOS COM SUBSTRATO TIPO-P

2 DIAGRAMA DE BANDAS DE ENERGIA ESTRUTURA MOS COM SUBSTRATO TIPO-P CAPACITOR IDEAL INEXISTÊNCIA DE CARGAS METAL = SEMICONDUTOR

3 CURVAS CAPACITÂNCIAxTENSÃO (CxV) SUBSTRATO TIPO - P SUBSTRATO TIPO - N

4 Análise qualitativa das características C-V de um capacitor MOS ideal com substrato tipo-p Na superfície do semicondutor podem ocorrer seis situações:

5 Análise qualitativa das características C-V de um capacitor MOS ideal com substrato tipo-p Na superfície do semicondutor podem ocorrer seis situações: 1)V G <<0 - s<<0 - acumulação de portadores majoritários (lacunas);

6 Análise qualitativa das características C-V de um capacitor MOS ideal com substrato tipo-p Na superfície do semicondutor podem ocorrer seis situações: 1)V G <<0 - s<<0 - acumulação de portadores majoritários (lacunas); 2)V G =0 - s=0 - condição de banda plana (não há encurvamento das bandas de energia);

7 Análise qualitativa das características C-V de um capacitor MOS ideal com substrato tipo-p Na superfície do semicondutor podem ocorrer seis situações: 1)V G <<0 - s<<0 - acumulação de portadores majoritários (lacunas); 2)V G =0 - s=0 - condição de banda plana (não há encurvamento das bandas de energia); 3)V G >0 - f> s>0 - formação da camada de depleção de lacunas (portadores majoritários);

8 Análise qualitativa das características C-V de um capacitor MOS ideal com substrato tipo-p Na superfície do semicondutor podem ocorrer seis situações: 1)V G <<0 - s<<0 - acumulação de portadores majoritários (lacunas); 2)V G =0 - s=0 - condição de banda plana (não há encurvamento das bandas de energia); 3)V G >0 - f> s>0 - formação da camada de depleção de lacunas (portadores majoritários); 4)V G >>0 - s= f - condição de superfície intrínseca, ou seja, superfície do semicondutor com concentração de portadores majoritários (lacunas) igual a de minoritários (elétrons);

9 Análise qualitativa das características C-V de um capacitor MOS ideal com substrato tipo-p Na superfície do semicondutor podem ocorrer seis situações: 1)V G <<0 - s<<0 - acumulação de portadores majoritários (lacunas); 2)V G =0 - s=0 - condição de banda plana (não há encurvamento das bandas de energia); 3)V G >0 - f> s>0 - formação da camada de depleção de lacunas (portadores majoritários); 4)V G >>0 - s= f - condição de superfície intrínseca, ou seja, superfície do semicondutor com concentração de portadores majoritários (lacunas) igual a de minoritários (elétrons); 5)V G >>>0 - 2 f> s> f - condição de inversão fraca - concentração de portadores minoritários (elétrons) maior que a de majoritários (lacunas);

10 Análise qualitativa das características C-V de um capacitor MOS ideal com substrato tipo-p Na superfície do semicondutor podem ocorrer seis situações: 1)V G <<0 - s<<0 - acumulação de portadores majoritários (lacunas); 2)V G =0 - s=0 - condição de banda plana (não há encurvamento das bandas de energia); 3)V G >0 - f> s>0 - formação da camada de depleção de lacunas (portadores majoritários); 4)V G >>0 - s= f - condição de superfície intrínseca, ou seja, superfície do semicondutor com concentração de portadores majoritários (lacunas) igual a de minoritários (elétrons); 5)V G >>>0 - 2 f> s> f - condição de inversão fraca - concentração de portadores minoritários (elétrons) maior que a de majoritários (lacunas); 6)V G >>>>0 - s>2 f - condição de inversão forte - concentração de elétrons muito maior que a de lacunas;

11 C max = C ox = ( o. ox.A)/t ox ACUMULAÇÃO

12 BANDA-PLANA V FB =V G = 0 (IDEAL)

13 W d = [(2. si. s)/(q.N A,D )] 1/2 C OX CDCD C T = C OX C D /(C OX + C D ) DEPLEÇÃO C D = Si A/W d

14 C MIN = C OX C DMAX /(C OX + C DMAX ) C OX C DMAX INVERSÃO

15 MEDIDA CxV - DEPENDÊNCIA COM A FREQUÊNCIA BAIXA FREQUÊNCIA 5-100Hz inversão: T sinal AC >>tempo resposta minoritários; geração de pares elétron-lacuna; compensa o sinal aplicado; C T = C óxido ALTA FREQUÊNCIA > 1kHz acumulação/depleção: alta Conc. MAJORITÁRIOS respondem ao sinal AC; inversão: capacitância depende da resposta dos minoritários; alta frequência: atraso dos minoritários em relação ao sinal AC; minoritários não são gerados em alta concentração para compensar o sinal AC; C MIN = C OX C DMAX /(C OX + C DMAX )

16 MOS real: há cargas no óxido Deslocamento da curva C-V IDEAL e REAL V G = V ox + MS + s (a) Para um capacitor MOS ideal: V G = s, pois V ox = 0 e MS = 0. Para V G = V fb (banda plana); s = 0, portanto, V fb = 0 (b) Para um capacitor MOS real: V ox = Q o.A/C ox Para condição de banda plana: s = 0; V G = V fb = MS +Q o.A/C ox Q o = [ MS - V fb ].C ox /A

17 Presença no óxido ou na interface óxido/semicondutor ajuda a diminuir a integridade do filme isolante e aumenta a instabilidade do comportamento dos dispositivos MOS, gera ruídos, aumenta as correntes de fuga das junções e da superfície, diminui a tensão de ruptura dielétrica, altera o potencial de superfície s, afeta a tensão de limiar V t. Níveis aceitáveis de densidade de carga efetiva no óxido em circuitos ULSI são da ordem de cm -2.

18 Q m - CARGAS MÓVEIS (+ ou -) a cm -2 íons dos metais alcalinos Na +, K + e Li + e íons H + e H 3 O +. INCORPORAÇÃOETAPAS DE PROCESSO CARACTERÍSTICA MOBILIDADE SOB AÇÃO DO CAMPO ELÉTRICO

19 Q m - CARGAS MÓVEIS (+ ou -) íons dos metais alcalinos Na +, K + e Li + e íons H + e H 3 O +. INCORPORAÇÃO ETAPAS DE PROCESSO EM AMBIENTES COM ESTES CONTAMINANTES CARACTERÍSTICA MOBILIDADE SOB AÇÃO DO CAMPO ELÉTRICO Q ot - CARGAS CAPTURADAS NO ÓXIDO (+ ou -) a cm a cm -2 INCORPORAÇÃO ETAPAS DE PROCESSO COM RADIAÇÃO IONIZANTE CARACTERÍSTICA ELÉTRONS E LACUNAS CAPTURADOS EM POÇOS DE POTENCIAIS (DEFEITOS NA ESTRUTURA) DEFEITOS NA ESTRUTURA DO ÓXIDO

20 Q f - CARGAS FIXAS NO ÓXIDO (+ ) a cm -2 INCORPORAÇÃO IONIZAÇÃO DO ÁTOMO DE O LIGADO A UM SÓ TETRAEDRO CARACTERÍSTICA DEPENDE DA ORIENTAÇÃO CRISTALINA Q f (100) < Q f (111) SiO X ESTADOS LENTOS: SOB AÇÃO DO CAMPO ELÉTRICO RESPONDEM MUITO LENTAMENTE

21 Q f - CARGAS FIXAS NO ÓXIDO (+ ) a cm -2 INCORPORAÇÃO IONIZAÇÃO DO ÁTOMO DE O LIGADO A UM SÓ TETRAEDRO CARACTERÍSTICA SiO X ESTADOS LENTOS: SOB AÇÃO DO CAMPO ELÉTRICO RESPONDEM MUITO LENTAMENTE DEPENDE DA ORIENTAÇÃO CRISTALINA Q f (100) < Q f (111) Q it - CARGAS CAPTURADAS NA INTERFACE eV -1 cm -2 INCORPORAÇÃO DEFORMAÇÃO ABRUPTA DA ESTRUTURA DO Si LIGAÇÃO INSATURADA IMPUREZAS METÁLICAS CARACTERÍSTICA ESTADOS RÁPIDOS: TEMPO DE RESPOSTA DE s SOB AÇÃO DO CAMPO ELÉTRICO APARECIMENTO DE ESTADOS QUÂNTICOS NA BANDA PROIBIDA

22 TRATAMENTO DAS CARGAS QmQm LIMPEZA DOS TUBOS COM Cl OXIDAÇÃO COM Cl LIMPEZA DE LÂMINAS Q ot TRATAMENTO TÉRMICO A 450ºC EM FORMING-GAS (N 2 E H 2 ) QfQf TRATAMENTO TÉRMICO EM ALTA TEMPERATURA EM N 2 Q it TRATAMENTO TÉRMICO A 450ºC EM FORMING-GAS (N 2 E H 2 )

23 VARIAÇÕES NAS CURVAS CxV

24 DESLOCAMENTO DAS CURVAS REAL E IDEAL

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