Capacitor MOS 3

Regiane Ragi

A carga no capacitor MOS

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A carga no capacitor MOS

Para explorar ainda mais as características do capacitor MOS, vamos agora revisar alguns conceitos, nomenclaturas, aproximações usuais e relações simples associadas com a teoria do capacitor MOS.

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Podemos fazer isso usando uma série de representações gráficas dos resultados que já obtivemos até agora.

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Inicialmente, considere o potencial de superfície ψs em função da tensão de gate, VG, nas regiões de acumulação, depleção e inversão.

ψs

VGVfb Vt

Acumulação Depleção Inversão

2ψB

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Note que ψs = 0 em VG = Vfb e aproximadamente zero na acumulação.

ψs

VGVfb Vt

Acumulação Depleção Inversão

2ψB

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À medida que VG aumenta além da tensão de flat-band, Vfb, no regime de depleção, ψs aumenta até 2ψB.

ψs

VGVfb Vt

Acumulação Depleção Inversão

2ψB

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Quando ψs alcança 2ψB, a concentração de elétrons torna-se tão grande que a superfície é considerada invertida.

ψs

VGVfb Vt

Acumulação Depleção Inversão

2ψB

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A tensão de gate VG neste ponto é chamada de tensão

de threshold, Vt, ou tensão de limiar.

ψs

VGVfb Vt

Acumulação Depleção Inversão

2ψB

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Em seguida, analisamos a largura da região de depleção , Wdep, em função de Vg.

Wdep

VGVfb Vt

Acumulação Depleção Inversão

Wdmax

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Este gráfico é essencial porque revisa o capacitor MOS.

Wdep

VGVfb Vt

Acumulação Depleção Inversão

Wdmax

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Nele, vemos que não há região de depleção quando a interface MOS está na acumulação

Wdep

VGVfb Vt

Acumulação Depleção Inversão

Wdmax

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A largura da região de depleção, Wdep, na junção p-n e no capacitor MOS é proporcional à raiz quadrada do encurvamento da banda, ψs.

Wdep

VGVfb Vt

Acumulação Depleção Inversão

Wdmax

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No caso do capacitor MOS, Wdep satura em Wdmax, quando Vg ≥ Vt, porque ψs satura em 2ψB.

Wdep

VGVfb Vt

Acumulação Depleção Inversão

Wdmax

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A figura a seguir revisa as três componentes de carga no substrato do capacitor MOS.

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Qdep

VGVfb Vt

Qinv

VGVfb Vt

Qacc

VGVfb Vt

Inclinação = – cox

Inclinação = – cox

Acumulação Depleção Inversão

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A carga de depleção Qdep é constante na região da inversão.

Qdep

VGVfb Vt

Qinv

VGVfb Vt

Qacc

VGVfb Vt

Inclinação = – cox

Inclinação = – cox

Acumulação Depleção Inversão

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A carga de depleção Qdep é constante na região da inversão.

A carga de inversãoQinv = - cox(Vg-Vt)

aparece na região de inversão, e

Qdep

VGVfb Vt

Qinv

VGVfb Vt

Qacc

VGVfb Vt

Inclinação = – cox

Inclinação = – cox

Acumulação Depleção Inversão

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A carga de depleção Qdep é constante na região da inversão.

A carga de inversãoQinv = - cox(Vg-Vt)

aparece na região de inversão, e

a Qacc aparece na região de acumulação

Qacc = - cox(Vg-Vfb)

Qdep

VGVfb Vt

Qinv

VGVfb Vt

Qacc

VGVfb Vt

Inclinação = – cox

Inclinação = – cox

Acumulação Depleção Inversão

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A figura a seguir mostra a carga total no substrato, Qsub.

Qsub

VGVfb Vt

Acumulação Depleção Inversão

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A carga no substrato, Qsub, na região de acumulação é composta pela carga de acumulação.

Qsub

VGVfb Vt

Acumulação Depleção Inversão

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Na região de depleção, a carga no substrato, Qsub, é composta pela carga de depleção.

Qsub

VGVfb Vt

Acumulação Depleção Inversão

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Na inversão, há duas componentes de carga, a carga de depleção e a carga de inversão.

Qsub

VGVfb Vt

Acumulação Depleção Inversão

Referências

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http://www.eecs.berkeley.edu/~hu/Chenming-Hu_ch5.pdf

https://engineering.purdue.edu/~ee606/downloads/T5.PDF