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