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CAPACITOR MOS COM SUBSTRATO TIPO-P

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DIAGRAMA DE BANDAS DE ENERGIA ESTRUTURA MOS COM SUBSTRATO TIPO-P

CAPACITOR IDEAL

• INEXISTÊNCIA DE CARGAS

• METAL= SEMICONDUTOR

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CURVAS CAPACITÂNCIAxTENSÃO (CxV)

SUBSTRATOTIPO - P

SUBSTRATOTIPO - N

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Análise qualitativa das características C-V de um capacitor MOS ideal com substrato tipo-p

Na superfície do semicondutor podem ocorrer seis situações:

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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 - s<<0 - acumulação de portadores majoritários (lacunas);

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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 - s<<0 - acumulação de portadores majoritários (lacunas);2)VG=0 - s=0 - condição de banda plana (não há encurvamento das bandas de energia);

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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 - s<<0 - acumulação de portadores majoritários (lacunas);2)VG=0 - s=0 - condição de banda plana (não há encurvamento das bandas de energia); 3)VG>0 - f>s>0 - formação da camada de depleção de lacunas (portadores majoritários);

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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 - s<<0 - acumulação de portadores majoritários (lacunas);2)VG=0 - s=0 - condição de banda plana (não há encurvamento das bandas de energia); 3)VG>0 - f>s>0 - formação da camada de depleção de lacunas (portadores majoritários);4)VG>>0 - s=f - condição de superfície intrínseca, ou seja, superfície do semicondutor com concentração de portadores majoritários (lacunas) igual a de minoritários (elétrons);

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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 - s<<0 - acumulação de portadores majoritários (lacunas);2)VG=0 - s=0 - condição de banda plana (não há encurvamento das bandas de energia); 3)VG>0 - f>s>0 - formação da camada de depleção de lacunas (portadores majoritários);4)VG>>0 - s=f - condição de superfície intrínseca, ou seja, superfície do semicondutor com concentração de portadores majoritários (lacunas) igual a de minoritários (elétrons); 5)VG>>>0 - 2f>s>f - condição de inversão fraca - concentração de portadores minoritários (elétrons) maior que a de majoritários (lacunas);

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Na superfície do semicondutor podem ocorrer seis situações:

1)VG<<0 - s<<0 - acumulação de portadores majoritários (lacunas);2)VG=0 - s=0 - condição de banda plana (não há encurvamento das bandas de energia); 3)VG>0 - f>s>0 - formação da camada de depleção de lacunas (portadores majoritários);4)VG>>0 - s=f - condição de superfície intrínseca, ou seja, superfície do semicondutor com concentração de portadores majoritários (lacunas) igual a de minoritários (elétrons); 5)VG>>>0 - 2f>s>f - condição de inversão fraca - concentração de portadores minoritários (elétrons) maior que a de majoritários (lacunas); 6)VG>>>>0 - s>2f - condição de inversão forte - concentração de elétrons muito maior que a de lacunas;

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Cmax = Cox = (o.ox.A)/toxACUMULAÇÃO

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BANDA-PLANA VFB=VG = 0 (IDEAL)

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Wd = [(2.si.s)/(q.NA,D)]1/2

COX

CD

CT = COXCD/(COX + CD)

DEPLEÇÃO

CD = SiA/Wd

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CMIN = COXCDMAX/(COX + CDMAX)

COX

CDMAX

INVERSÃO

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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)

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MOS real: há cargas no óxido

Deslocamento da curva C-VIDEAL e REAL

VG = Vox + MS + s (a) Para um capacitor MOS ideal:

VG = s , pois Vox = 0 e MS = 0.

Para VG = Vfb (banda plana); s = 0, portanto, Vfb = 0

(b) Para um capacitor MOS real: Vox = Qo .A/Cox

Para condição de banda plana: s = 0;

VG = Vfb = MS +Qo .A/Cox Qo = [ MS - Vfb ].Cox/A

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•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 Vt.

•Níveis aceitáveis de densidade de carga efetiva no óxido em circuitos ULSI são da ordem de 1010 cm-2.

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Qm - CARGAS MÓVEIS (+ ou -) 1010 a 1012 cm-2

•íons dos metais alcalinos Na+, K+ e Li+ e íons H+ e H3O+.

INCORPORAÇÃO ETAPAS DE PROCESSO

CARACTERÍSTICA MOBILIDADE SOB AÇÃO DO CAMPO ELÉTRICO

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Qm - CARGAS MÓVEIS (+ ou -)

•íons dos metais alcalinos Na+, K+ e Li+ e íons H+ e H3O+.

INCORPORAÇÃOETAPAS DE PROCESSO EM AMBIENTES COM ESTES CONTAMINANTES

CARACTERÍSTICA MOBILIDADE SOB AÇÃO DO CAMPO ELÉTRICO

Qot - CARGAS CAPTURADAS NO ÓXIDO (+ ou -)

1010 a 1012 cm-2

109 a 1013 cm-2

INCORPORAÇÃOETAPAS DE PROCESSO COM RADIAÇÃO IONIZANTE

CARACTERÍSTICA ELÉTRONS E LACUNAS CAPTURADOS EM POÇOS DE POTENCIAIS

(DEFEITOS NA ESTRUTURA)

DEFEITOS NA ESTRUTURA DO ÓXIDO

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Qf - CARGAS FIXAS NO ÓXIDO (+ ) 1010 a 1012 cm-2

INCORPORAÇÃO IONIZAÇÃO DO ÁTOMO DE O LIGADO A UM SÓ TETRAEDRO

CARACTERÍSTICA DEPENDE DA ORIENTAÇÃO CRISTALINA Qf(100) < Qf(111)

SiOX

ESTADOS LENTOS: SOB AÇÃO DO CAMPO ELÉTRICO RESPONDEM MUITO LENTAMENTE

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Qf - CARGAS FIXAS NO ÓXIDO (+ ) 1010 a 1012 cm-2

INCORPORAÇÃO IONIZAÇÃO DO ÁTOMO DE O LIGADO A UM SÓ TETRAEDRO

CARACTERÍSTICA

SiOX

ESTADOS LENTOS: SOB AÇÃO DO CAMPO ELÉTRICO RESPONDEM MUITO LENTAMENTE

DEPENDE DA ORIENTAÇÃO CRISTALINA Qf(100) < Qf(111)

Qit - CARGAS CAPTURADAS NA INTERFACE 1010 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

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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)

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VARIAÇÕES NAS CURVAS CxV

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DESLOCAMENTO DAS CURVAS REAL E IDEAL

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