Post on 17-Apr-2015
CAPACITOR MOS COM SUBSTRATO TIPO-P
DIAGRAMA DE BANDAS DE ENERGIA ESTRUTURA MOS COM SUBSTRATO TIPO-P
CAPACITOR IDEAL
• INEXISTÊNCIA DE CARGAS
• METAL= SEMICONDUTOR
CURVAS CAPACITÂNCIAxTENSÃO (CxV)
SUBSTRATOTIPO - P
SUBSTRATOTIPO - N
Análise qualitativa das características C-V de um capacitor MOS ideal com substrato tipo-p
Na superfície do semicondutor podem ocorrer seis situações:
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);
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);
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);
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);
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);
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); 6)VG>>>>0 - s>2f - condição de inversão forte - concentração de elétrons muito maior que a de lacunas;
Cmax = Cox = (o.ox.A)/toxACUMULAÇÃO
BANDA-PLANA VFB=VG = 0 (IDEAL)
Wd = [(2.si.s)/(q.NA,D)]1/2
COX
CD
CT = COXCD/(COX + CD)
DEPLEÇÃO
CD = SiA/Wd
CMIN = COXCDMAX/(COX + CDMAX)
COX
CDMAX
INVERSÃO
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)
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
•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.
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
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
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
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
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)
VARIAÇÕES NAS CURVAS CxV
DESLOCAMENTO DAS CURVAS REAL E IDEAL