MOSコンデンサとは何か

MOSコンデンサとは何か？

MOSコンデンサの定義

MOSはMetal Oxide Semiconductor（金属酸化物半導体）の略です。MOSコンデンサは、半導体本体または基板、絶縁体、および金属ゲートで構成されています。通常、ゲートは金属のように機能する高濃度にドープされたn+ポリシリコンで作られています。シリコンダイオキサイド（SiO2）がコンデンサのプレート間の誘電体材料として使用され、金属層と半導体層が二つのプレートとして機能します。

MOSコンデンサの静電容量は、ゲート端子に適用される電圧によって変化し、通常この適用中にボディは接地されます。

フラットバンド電圧は、MOSコンデンサに関連する重要な用語です。これは、コンデンサのプレート上に電荷が存在せず、したがって酸化膜全体に静電場がない状態の電圧を指します。フラットバンド電圧よりも大きな正のゲート電圧（Vgb > Vfb）が適用されると、ポリシリコンゲートには正電荷が誘導され、半導体には負電荷が誘導されます。負電荷としては電子しか利用可能ではなく、これらは表面に蓄積します。これが表面蓄積と呼ばれるものです。

適用されるゲート電圧がフラットバンド電圧よりも低い場合（Vgb < Vfb）、ポリシリコンゲートと酸化膜の界面には負電荷が誘導され、半導体には正電荷が誘導されます。

これは、表面から負電荷を持つ電子を押し出し、ドナーからの固定正電荷を露出させることによってのみ可能です。これが表面枯渇と呼ばれるものです。

MOSコンデンサは単独で広く使用されることはありませんが、最も広く使用されている半導体デバイスであるMOSトランジスタの一部として不可欠です。

n型ボディを持つMOSコンデンサの典型的な静電容量-電圧特性は以下の通りです。

MOSコンデンサの静電容量対ゲート電圧（CV）図。フラットバンド電圧（Vfb）は蓄積領域と枯渇領域を区別します。しきい値電圧（Vth）は枯渇領域と反転領域を区別します。