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Dispositivi a semiconduttore1 MIS Giunzione metallo-isolante-semiconduttore in particolare MOS metallo-ossido-semiconduttore Strato isolante d 10 nm In.

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Presentazione sul tema: "Dispositivi a semiconduttore1 MIS Giunzione metallo-isolante-semiconduttore in particolare MOS metallo-ossido-semiconduttore Strato isolante d 10 nm In."— Transcript della presentazione:

1 Dispositivi a semiconduttore1 MIS Giunzione metallo-isolante-semiconduttore in particolare MOS metallo-ossido-semiconduttore Strato isolante d 10 nm In continua conducibilità =0

2 Dispositivi a semiconduttore2

3 3 Equilibrio E i -E F >0 Uniche cariche presenti affacciate allisolante dai due lati

4 Dispositivi a semiconduttore4 A seconda del bias 3 regimi: 1)Accumulazione (V<0) 2)Svuotamento (V>0) 3) Inversione (V>>0) MIS-p type Opposte polarizzazioni per n-type

5 Dispositivi a semiconduttore5 Accumulazione x Q QsQs QmQm Non passa corrente: E F costante nel SC

6 Dispositivi a semiconduttore6 V<0 Nel regime di accumulazione alla superficie il bending fa sì che: E i -E F cresce: aumenta il numero lacune E F rimane fisso: non passa corrente Conducibilità DC =0 isolante

7 Dispositivi a semiconduttore7 Svuotamento

8 Dispositivi a semiconduttore8 V>0 Nella fase di svuotamento ho bending opposto Rimane una carica scoperta Q=-qN A W

9 Dispositivi a semiconduttore9 Inversione

10 Dispositivi a semiconduttore10 V>>0 Nella fase di inversione in prossimità della superficie il livello intrinseco E i scende sotto E F e quindi la concentrazione di lacune diventa minore di quella degli elettroni n p >n i >p p

11 Dispositivi a semiconduttore11 =E i (bulk)-E i (x)

12 Dispositivi a semiconduttore12 Alla superficie Diodo MIS-p type = s Le concentrazioni dei portatori dipendono da

13 Dispositivi a semiconduttore13 Alla superficie: S <0: accumulazione di lacune S =0: bande piatte B > S >0: rimozione di lacune S = B concentrazione intrinseca S > B : condizione di inversione n.elettroni>n.lacune

14 Dispositivi a semiconduttore14 Calcolo potenziale, campo E, capacità C

15 Dispositivi a semiconduttore15 Lintegrazione dellequ.Poisson dà Definendo: Lunghezza di Debye per le lacune Lunghezza di Debye: scala di lunghezza relativa allo schermaggio del campo da parte dei portatori mobili

16 Dispositivi a semiconduttore16 Ne segue: E>0 per >0 E<0 per <0 Dalla legge di Gauss si trova la carica per unità di superficie

17 Dispositivi a semiconduttore17

18 Dispositivi a semiconduttore18 Forte inversione

19 Dispositivi a semiconduttore19 La capacità risulta: A bande piatte =0:

20 Dispositivi a semiconduttore20 La capacità del diodo MOS Serie di due condensatori : C i - ossido C D - svuotamento

21 Dispositivi a semiconduttore21 Per V<0: C=Capacità isolante Per V=0

22 Dispositivi a semiconduttore22 Distribuzione cariche Carica sul metallo = carica indotta sulla superficie SC Isolante ideale: 0 cariche, 0 conducibilità metalinsulsemiconductor depletion inversion

23 Dispositivi a semiconduttore23 Campo E Potenziale Il campo ed il potenziale La caduta di potenziale si ripartisce fra lossido V i =E i d=|Q s |/C i ed il semiconduttore

24 Dispositivi a semiconduttore24 Capacità MOS in alta frequenza Al variare della frequenza La costanza di C in alta frequenza dipende dallimpossibilità di seguire le variazioni potenziale

25 Dispositivi a semiconduttore25 C versus V a)Bassa frequenza b)Alta frequenza c)Grande svuotamento

26 Dispositivi a semiconduttore26 W m qualche µm

27 Dispositivi a semiconduttore27 V T : tensione soglia per inversione forte

28 Dispositivi a semiconduttore28 Diodo MIS reale: Metal(poly)-Si-SiO 2 MOS Le workfunction del metallo e del semiconduttore sono diverse Lisolante non è perfetto: stati trappola, superficiali, effetti di tunneling Pertanto: La curva CV cambia e cambia la tensione di soglia V T

29 Dispositivi a semiconduttore29 m - S La differenza delle WFs dipende dal doping

30 Dispositivi a semiconduttore30 a – caso ideale b – shift laterale – Q oxide, ms c – distorsione dovuta a cariche intrappolate allinterfaccia Q IT

31 Dispositivi a semiconduttore31 Applicazioni Tuning del numero e tipo portatori vicino alla superficie del semiconduttore ( appl. CCD Boyle-Smith )

32 Dispositivi a semiconduttore32 Regime di deep depletion Con sequenza clock si ha immagazzinamento e trasferimento carica 1 2 3


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