Technologia MOS

0
45

Technologia MOS (metal-oxide-semiconductor) – podstawowa technologia wytwarzania tranzystorów, półprzewodnikowych układów scalonych oraz sensorów optycznych, której cechą charakterystyczną jest struktura złożona z trzech warstw: metalu (tzw. bramka grubości kilkuset nm), tlenku metalu (izolator grubości 10–100 nm) i półprzewodnika (podłoże grubości 0,2–0,6 mm).

Budowa

Podłożem jest półprzewodnikowa płytka krzemowa (lub domieszkowana germanem), izolatorem warstwa tlenku krzemu (lub tlenku innego metalu), metaliczna elektroda (pierwotnie aluminium, obecnie polikrystaliczny krzem) stanowi bramkę. Taki układ tworzyć może tranzystor lub pojedynczą logiczna bramkę układu scalonego.

W półprzewodnikowym podłożu typu p lub n tworzone są dwa silnie domieszkowane obszary o przeciwnym typie przewodnictwa – dren oraz źródło. Powierzchnia półprzewodnika pomiędzy bramką, drenem i źródłem jest pokryta cienką warstwą izolatora (dielektryka). Do bramki, drenu i źródła podłączone są wyprowadzenia (kontakty).

Działanie

Przepływ prądu następuje przez “kanał” utworzony pomiędzy źródłem a drenem. Zmiana napięcia bramka/źródło powoduje sterowanie przepływającym prądem. 

Po spolaryzowaniu bramki względem półprzewodnikowego podłoża (napięciem dren/źródło Uds) w obszarze granicznym izolator/półprzewodnik, jak również w samej warstwie izolatora i półprzewodnika, zachodzą odpowiednie zjawiska właściwe dla technologii MOS. Istotna jest tutaj wartość przyłożonego napięcia, które wywołać może cztery możliwe stany dla półprzewodnika typu p, gdzie nośnikiem większościowym są dziury (lub n, przy odpowiednio przeciwnych znakach napięcia polaryzacji Ug, gdzie nośnikiem większościowym będą elektrony).

  • Uds=0 (stan obojętny) – brak ładunków i pól elektrycznych (kanał indukowany). Struktury z kanałem wbudowanym (zubożonym) przy zerowym napięciu bramka/źródło także posiadają kanał.
  • Uds<0 (stan akumulacji) – dziury (nośniki większościowe) przyciągane są przez powierzchnię styku izolator/półprzewodnik tworząc cienką warstwę ładunku dodatniego (warstwa akumulacyjna).
  • Uds≥0 (stan zubożenia) – przy napięciu o wartości nieco powyżej 0 zachodzi odpychanie od powierzchni styku izolator–półprzewodnik. Powstaje wówczas obszar o ładunku ujemnym (warstwa zubożona).
  • Uds>0 (stan inwersji) – następuje przyciąganie elektronów przez powierzchnię izolator/półprzewodnik. Przy dużym dodatnim napięciu, zwanym napięciem progowym (Uds = Ut), pojawia się obszar, w którym nośniki mniejszościowych przewyższają koncentracją nośniki większościowe (warstwa inwersyjna). Tworzy się kanał i zaczyna płynąć prąd od źródła do drenu. Zwiększanie napięcia Ug powoduje wzrost prądu drenu, aż do wartości nasycenia przy której kanał w pobliżu drenu zanika (powstanie napięcia związanego z rezystancją kanału), pojawia się obszar zubożony o wysokiej rezystancji i prąd przestaje płynąć.

Ze względu na swój elektrostatyczny charakter, elementy oparte na strukturach MOS są bardzo szybkimi układami. Taka technologia umożliwia także wysoki stopień miniaturyzacji i osiąganie dużej (LSI) i bardzo dużej (VLSI) skali integracji obwodów układów scalonych. 

Zastosowania

Technologia MOS stosowana jest w produkcji tranzystorów i opartych o nie mikroprocesorów i pamięci półprzewodnikowych.

Dodaj komentarz

avatar
  Subscribe  
Powiadom o