1. Co to jest kondensator MOS?
Kondensator MOS składa się z bramki z metalu (lub polikrystalicznego krzemu), izolatora (tlenku krzemu) i podłoża z półprzewodnika.
2. Wyjaśnić pojęcie napięcia kontaktowego.
Φ[MS] - różnica prac wyjścia z metalu i półprzewodnika.
3. Wyjaśnić pojęcie napięcia płaskich pasm.
Napięcie płaskich pasm U[FB] to napięcie, które należy przyłożyć do bramki, aby pasma w obszarze półprzewodnika się wyprostowały. W rzeczywistym kondensatorze MOS we wzorze na napięcie płaskich pasm trzeba także dodać poprawkę na napięcie, wynikające z istnienia ładunku efektywnego.
4. Wyjaśnić pojęcie napięcia progowego.
U[T] - napięcie pomiędzy bramką a podłożem, przy którym koncentracja nośników mniejszościowych przy powierzchni półprzewodnika jest równa koncentracji nośników większościowych w jego objętości.
5. Omówić stany, w jakich może znajdować się przypowierzchniowy obszar półprzewodnika przy różnych napięciach przyłożonych do bramki.
U[G]- napięcie bramka - podłoże
dla U[G] < U[FB] ładunek zgromadzony na bramce nie wystarcza do wytworzenia stanu płaskich pasm. Powoduje to gromadzenie się nośników większościowych (tu akurat dziur) w wąskiej, powierzchniowej warstwie półprzewodnika. W związku z tym pasma energetyczne w tej części półprzewodnika zaginają się do góry (rys. 6). Stan ten jest określany mianem akumulacji.
dla U[FB] < U[G] < U[T] ładunek jest większy, niż potrzebny do uzyskania stanu płaskich pasm, ale jest on za niski, żeby osiągnąć zagięcie pasm Φ[S]=2 Φ[F]. Rozpatrujemy wtedy 2 przypadki:
- dla 0 < Φ[S] < Φ[F] ładunek zgromadzony na bramce jest większy pęd ładunku potrzebnego do uzyskania stanu płaskich pasm i powoduje on odpłynięcie dziur od przypowierzchniowego obszaru półprzewodnika (rys. 7)
- dla Φ[F] < Φ[S] < 2Φ[F] ładunek zgromadzony na bramce jest większy od ładunku w poprzednim przypadku i powoduje odpycha nie nośników większościowych (dziur), ale także przyciąga nośniki mniejszościowe (elektrony). Mimo to koncentracja elektronów w obszarze przypowierzchniowym jest niewielka i mniejsza, niż koncentracja dziur w głębi półprzewodnika. Stan ten jest nazywany stanem słabej inwersji.
dla U[T] < U[G] ładunek zgromadzony w bramce jest tak duży, że powoduje zagięcie pasm Φ[S] > 2Φ[F] wskutek czego koncentracja nośników mniejszościowych na powierzchni półprzewodnika jest większa niż koncentracja nośników mniejszościowych w jego objętości. Jest to stan silnej inwersji.
6. Wyjaśnić pojęcie przybliżenia zubożenia. Dlaczego w obszarze zubożonym gęstość ładunku jest stała, niezależna od położenia i potencjału powierzchniowego?
Przybliżenie zubożenia to założenie, że w pewnym obszarze do xd od powierzchni półprzewodnika wszystkie domieszki są nieskompensowane, natomiast dalej już wszystkie skompensowane przez nośniki większościowe.
7. Dlaczego można przyjąć, że w stanie silnej inwersji potencjał powierzchniowy przestaje rosnąć wraz ze wzrostem napięcia bramki?
W stanie silnej inwersji potencjał powierzchniowy Φ[S] przyjmuje maksymalną wartość 2Φ[F], gdyż niewielki wzrost Φ[S] powoduje duży wzrost koncentracji nośników większościowych, a co za tym idzie, w półprzewodniku i dielektryku tworzy się pole elektryczne, zatrzymujące spadek napięcia na półprzewodniku.
9. Omówić zależność pojemności kondensatora MOS od napięcia bramki. Jaka jest przyczyna różnicy przebiegu tej zależności dla małych i dużych częstotliwości sygnału pomiarowego?
Na rysunku 11. widać, że dla wysokich częstotliwości szybkość generacji-rekombinacji nośników mniejszościowych (czas życia nośników mniejszościowych) robi się zbyt mała, aby nadążyć za zmianami napięcia. Nie następuje generacja - nie zmienia się ładunek nośników.