12.14
MOS-condensator
MOS capacitors have three layers: the bottom layer is a semiconductor substrate, the middle is an insulating layer, and the top metal layer is the gate electrode, which controls the capacitor's voltage.
At zero gate voltage, no current flows, and the capacitor is uncharged.
Applying a negative voltage at the gate attracts holes to the semiconductor's surface, forming an accumulation region. The device behaves as a conventional capacitor.
Applying a positive voltage, holes are repelled back into the substrate, establishing a space charge region called the depletion region, which acts as another capacitance in series.
With a high enough voltage, the concentration of electrons on the surface increases, forming an inversion layer and further decreasing the capacitance. This results in a sharp increase in current.
Removing the voltage dissipates the accumulated charge, making the channel disappear and switching off the device.
MOS capacitors are used in memory devices like DRAM, where data writing involves applying gate voltage to create an inversion layer, which temporarily stores charge. The presence or absence of this charge represents binary data, which needs periodic refreshing due to its transient nature.
Een metaaloxide-halfgeleidercondensator (MOS) is een fundamentele structuur die op grote schaal wordt gebruikt in de technologie van halfgeleiderapparaten, met name bij de fabricage van geïntegreerde schakelingen en MOSFET's (metaaloxide-halfgeleider veldeffecttransistors). De MOS-condensator bestaat uit drie lagen: een metalen poort, een diëlektrisch oxide en een halfgeleidersubstraat.
De metalen poort is doorgaans gemaakt van sterk geleidende materialen zoals aluminium of polysilicium. Onder de metalen poort ligt een dunne laag isolerend oxide, meestal siliciumdioxide (SiO₂), het diëlektricum. Het halfgeleidersubstraat is gewoonlijk silicium, dat van het p-type of het n-type kan zijn.
Wanneer er een spanning op de metalen poort wordt gezet, beïnvloedt deze de verdeling van elektrische dragers in de halfgeleider. De energiebanden van de halfgeleider zijn vlak bij nul aangelegde spanning, wat aangeeft dat er geen overtollige lading in het oxide of op het halfgeleideroppervlak is. Naarmate de poortspanning positief wordt verhoogd, trekt deze elektronen naar het grensvlak van het oxide en de halfgeleider. Dit creëert een ophoping van elektronen in n-type silicium en een uitputting van gaten in p-type silicium, waardoor de uitputtingslaag ontstaat.
Een verdere verhoging van de spanning leidt tot sterke inversie, waarbij het halfgeleideroppervlak onder het oxide van type verandert; Een p-type wordt bijvoorbeeld een n-type, omdat elektronen de meerderheidsdragers worden. Deze inversielaag is van cruciaal belang voor de werking van MOSFET's. De capaciteit van de MOS-structuur varieert afhankelijk van de spanning die op de poort wordt aangelegd.
De inversielaag is cruciaal voor de functie van MOS-condensatoren in DRAM. Bij het schrijven van gegevens wordt een spanning aangelegd die deze laag creëert en de lading in de halfgeleider wordt opgeslagen. Deze opgeslagen lading vertegenwoordigt binaire gegevens, waardoor informatie kan worden opgeslagen en opgehaald. Het verwijderen van de spanning zorgt ervoor dat de lading verdwijnt, waardoor het kanaal wordt gedeactiveerd en de opgeslagen gegevens behouden blijven. Deze oplaadcyclus staat centraal in de functionaliteit en betrouwbaarheid van DRAM in computertoepassingen.
MOS capacitors have three layers: the bottom layer is a semiconductor substrate, the middle is an insulating layer, and the top metal layer is the gate electrode, which controls the capacitor's voltage.
At zero gate voltage, no current flows, and the capacitor is uncharged.
Applying a negative voltage at the gate attracts holes to the semiconductor's surface, forming an accumulation region. The device behaves as a conventional capacitor.
Applying a positive voltage, holes are repelled back into the substrate, establishing a space charge region called the depletion region, which acts as another capacitance in series.
With a high enough voltage, the concentration of electrons on the surface increases, forming an inversion layer and further decreasing the capacitance. This results in a sharp increase in current.
Removing the voltage dissipates the accumulated charge, making the channel disappear and switching off the device.
MOS capacitors are used in memory devices like DRAM, where data writing involves applying gate voltage to create an inversion layer, which temporarily stores charge. The presence or absence of this charge represents binary data, which needs periodic refreshing due to its transient nature.
From Chapter 12:
Now Playing
12.14 : MOS-condensator
Transistors
2.0K Views
12.1 : bipolaire junctietransistor
Transistors
2.0K Views
12.2 : Configuraties van BJT
Transistors
1.6K Views
12.3 : Werkingsprincipe van BJT
Transistors
2.0K Views
12.4 : Kenmerken van BJT
Transistors
1.8K Views
12.5 : werkingsmodi van BJT
Transistors
2.3K Views
12.6 : Frequentierespons van BJT
Transistors
1.7K Views
12.7 : grensfrequentie van BJT
Transistors
1.6K Views
12.8 : wisselen van BJT's
Transistors
1.1K Views
12.9 : BJT-versterkers
Transistors
1.4K Views
12.10 : kleine signaalanalyse van BJT-versterkers
Transistors
2.1K Views
12.11 : veldeffecttransistor
Transistors
2.0K Views
12.12 : Kenmerken van JFET
Transistors
1.9K Views
12.13 : Biasing van FET's
Transistors
1.1K Views
12.15 : MOSFET
Transistors
2.0K Views
See More