CAPACITOR MOS COM SUBSTRATO TIPO-P DIAGRAMA DE BANDAS DE ENERGIA ESTRUTURA MOS COM SUBSTRATO TIPO-P CAPACITOR IDEAL • INEXISTÊNCIA DE CARGAS • METAL= SEMICONDUTOR CURVAS CAPACITÂNCIAxTENSÃO (CxV) SUBSTRATO TIPO - P SUBSTRATO TIPO - N Análise qualitativa das características C-V de um capacitor MOS ideal com substrato tipo-p Na superfície do semicondutor podem ocorrer seis situações: Análise qualitativa das características C-V de um capacitor MOS ideal com substrato tipo-p Na superfície do semicondutor podem ocorrer seis situações: 1)VG<<0 - ys<<0 - acumulação de portadores majoritários (lacunas); Análise qualitativa das características C-V de um capacitor MOS ideal com substrato tipo-p Na superfície do semicondutor podem ocorrer seis situações: 1)VG<<0 - ys<<0 - acumulação de portadores majoritários (lacunas); 2)VG=0 - ys=0 - condição de banda plana (não há encurvamento das bandas de energia); Análise qualitativa das características C-V de um capacitor MOS ideal com substrato tipo-p Na superfície do semicondutor podem ocorrer seis situações: 1)VG<<0 - ys<<0 - acumulação de portadores majoritários (lacunas); 2)VG=0 - ys=0 - condição de banda plana (não há encurvamento das bandas de energia); 3)VG>0 - yf>ys>0 - formação da camada de depleção de lacunas (portadores majoritários); Análise qualitativa das características C-V de um capacitor MOS ideal com substrato tipo-p Na superfície do semicondutor podem ocorrer seis situações: 1)VG<<0 - ys<<0 - acumulação de portadores majoritários (lacunas); 2)VG=0 - ys=0 - condição de banda plana (não há encurvamento das bandas de energia); 3)VG>0 - yf>ys>0 - formação da camada de depleção de lacunas (portadores majoritários); 4)VG>>0 - ys=yf - condição de superfície intrínseca, ou seja, superfície do semicondutor com concentração de portadores majoritários (lacunas) igual a de minoritários (elétrons); Análise qualitativa das características C-V de um capacitor MOS ideal com substrato tipo-p Na superfície do semicondutor podem ocorrer seis situações: 1)VG<<0 - ys<<0 - acumulação de portadores majoritários (lacunas); 2)VG=0 - ys=0 - condição de banda plana (não há encurvamento das bandas de energia); 3)VG>0 - yf>ys>0 - formação da camada de depleção de lacunas (portadores majoritários); 4)VG>>0 - ys=yf - condição de superfície intrínseca, ou seja, superfície do semicondutor com concentração de portadores majoritários (lacunas) igual a de minoritários (elétrons); 5)VG>>>0 - 2yf>ys>yf - condição de inversão fraca - concentração de portadores minoritários (elétrons) maior que a de majoritários (lacunas); Análise qualitativa das características C-V de um capacitor MOS ideal com substrato tipo-p Na superfície do semicondutor podem ocorrer seis situações: 1)VG<<0 - ys<<0 - acumulação de portadores majoritários (lacunas); 2)VG=0 - ys=0 - condição de banda plana (não há encurvamento das bandas de energia); 3)VG>0 - yf>ys>0 - formação da camada de depleção de lacunas (portadores majoritários); 4)VG>>0 - ys=yf - condição de superfície intrínseca, ou seja, superfície do semicondutor com concentração de portadores majoritários (lacunas) igual a de minoritários (elétrons); 5)VG>>>0 - 2yf>ys>yf - condição de inversão fraca - concentração de portadores minoritários (elétrons) maior que a de majoritários (lacunas); 6)VG>>>>0 - ys>2yf - condição de inversão forte - concentração de elétrons muito maior que a de lacunas; ACUMULAÇÃO Cmax = Cox = (eo.eox.A)/tox BANDA-PLANA VFB=VG = 0 (IDEAL) DEPLEÇÃO Wd = [(2.esi.ys)/(q.NA,D)]1/2 CD = eSiA/Wd COX CD CT = COXCD/(COX + CD) INVERSÃO CMIN = COXCDMAX/(COX + CDMAX) COX CDMAX MEDIDA CxV - DEPENDÊNCIA COM A FREQUÊNCIA BAIXA FREQUÊNCIA 5-100Hz • inversão: Tsinal AC>>tempo resposta minoritários; •geração de pares elétron-lacuna; •compensa o sinal aplicado; •CT = Cóxido 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; •CMIN = COXCDMAX/(COX + CDMAX) MOS real: há cargas no óxido Deslocamento da curva C-V IDEAL e REAL VG = Vox + MS + ys (a) Para um capacitor MOS ideal: VG = ys , pois Vox = 0 e MS = 0. Para VG = Vfb (banda plana); ys = 0, portanto, Vfb = 0 (b) Para um capacitor MOS real: Vox = Qo .A/Cox Para condição de banda plana: ys = 0; VG = Vfb = MS +Qo .A/Cox Qo = [ MS - Vfb ].Cox/A •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 ys, afeta a tensão de limiar Vt. •Níveis aceitáveis de densidade de carga efetiva no óxido em circuitos ULSI são da ordem de 1010 cm-2. Qm - CARGAS MÓVEIS (+ ou -) 1010 a 1012 cm-2 •íons dos metais alcalinos Na+, K+ e Li+ e íons H+ e H3O+. INCORPORAÇÃO CARACTERÍSTICA ETAPAS DE PROCESSO MOBILIDADE SOB AÇÃO DO CAMPO ELÉTRICO Qm - CARGAS MÓVEIS (+ ou -) 1010 a 1012 cm-2 •íons dos metais alcalinos Na+, K+ e Li+ e íons H+ e H3O+. INCORPORAÇÃO CARACTERÍSTICA ETAPAS DE PROCESSO EM AMBIENTES COM ESTES CONTAMINANTES MOBILIDADE SOB AÇÃO DO CAMPO ELÉTRICO Qot - CARGAS CAPTURADAS NO ÓXIDO (+ ou -) 109 a 1013 cm-2 DEFEITOS NA ESTRUTURA DO ÓXIDO ETAPAS DE PROCESSO COM INCORPORAÇÃO RADIAÇÃO IONIZANTE CARACTERÍSTICA ELÉTRONS E LACUNAS CAPTURADOS EM POÇOS DE POTENCIAIS (DEFEITOS NA ESTRUTURA) Qf - CARGAS FIXAS NO ÓXIDO (+ ) INCORPORAÇÃO CARACTERÍSTICA 1010 a 1012 cm-2 IONIZAÇÃO DO ÁTOMO DE O LIGADO A UM SÓ TETRAEDRO SiOX DEPENDE DA ORIENTAÇÃO CRISTALINA Qf(100) < Qf(111) ESTADOS LENTOS: SOB AÇÃO DO CAMPO ELÉTRICO RESPONDEM MUITO LENTAMENTE Qf - CARGAS FIXAS NO ÓXIDO (+ ) INCORPORAÇÃO CARACTERÍSTICA 1010 a 1012 cm-2 IONIZAÇÃO DO ÁTOMO DE O SiOX LIGADO A UM SÓ TETRAEDRO DEPENDE DA ORIENTAÇÃO CRISTALINA Qf(100) < Qf(111) ESTADOS LENTOS: SOB AÇÃO DO CAMPO ELÉTRICO RESPONDEM MUITO LENTAMENTE Qit - CARGAS CAPTURADAS NA INTERFACE INCORPORAÇÃO CARACTERÍSTICA 1010 eV-1 cm-2 •DEFORMAÇÃO ABRUPTA DA ESTRUTURA DO Si •LIGAÇÃO INSATURADA •IMPUREZAS METÁLICAS APARECIMENTO DE ESTADOS QUÂNTICOS NA BANDA PROIBIDA ESTADOS RÁPIDOS: TEMPO DE RESPOSTA DE s SOB AÇÃO DO CAMPO ELÉTRICO TRATAMENTO DAS CARGAS Qm •LIMPEZA DOS TUBOS COM Cl •OXIDAÇÃO COM Cl •LIMPEZA DE LÂMINAS Qot •TRATAMENTO TÉRMICO A 450ºC EM FORMING-GAS (N2 E H2) Qf •TRATAMENTO TÉRMICO EM ALTA TEMPERATURA EM N2 Qit •TRATAMENTO TÉRMICO A 450ºC EM FORMING-GAS (N2 E H2) VARIAÇÕES NAS CURVAS CxV DESLOCAMENTO DAS CURVAS REAL E IDEAL