MOS 커패시터란 무엇인가요?

MOS 커패시터란?

MOS 커패시터 정의

MOS는 금속 산화물 반도체(Metal Oxide Semiconductor)를 의미합니다. MOS 커패시터는 반도체 본체 또는 기판, 절연체, 그리고 금속 게이트로 구성됩니다. 일반적으로 게이트는 금속처럼 작동하는 고농도 n+ 폴리실리콘으로 만들어집니다. 실리콘 다이옥사이드(SiO2)는 커패시터 플레이트 사이의 유전체 재료로 사용되며, 여기서 금속과 반도체 층은 두 개의 플레이트 역할을 합니다.

MOS 커패시터의 용량은 게이트 단자에 적용되는 전압에 따라 변하며, 이때 본체는 일반적으로 접지됩니다.

평탄 밴드 전압은 MOS 커패시터와 관련된 중요한 용어입니다. 이는 커패시터 플레이트에 전하가 없고 따라서 산화물 전체에 정전기장이 없는 상태에서의 전압으로 정의됩니다. 평탄 밴드 전압(Vfb)보다 큰 양의 게이트 전압(Vgb > Vfb)이 적용되면 금속(폴리실리콘) 게이트에는 양의 전하가 유도되고 반도체에는 음의 전하가 유도됩니다. 음의 전하를 제공하는 유일한 전자는 음전자가 있으며, 이들은 표면에 축적됩니다. 이를 표면 축적이라고 합니다.

만약 적용되는 게이트 전압이 평탄 밴드 전압(Vfb)보다 낮다면(Vgb < Vfb), 폴리실리콘 게이트와 산화물 사이의 인터페이스에서는 음의 전하가 유도되고 반도체에서는 양의 전하가 유도됩니다.

이는 표면의 음전자를 밀어내고 공여자의 고정된 양전하를 노출시키는 것만 가능합니다. 이를 표면 소진이라고 합니다.

MOS 커패시터는 단독으로 널리 사용되지 않지만, 가장 널리 사용되는 반도체 장치인 MOS 트랜지스터의 핵심 구성 요소입니다.

n형 본체를 가진 MOS 커패시터의 전형적인 용량-전압 특성은 다음과 같습니다,

MOS 커패시터의 용량 대 게이트 전압(CV) 도표. 평탄 밴드 전압(Vfb)은 축적 영역과 소진 영역을 구분합니다. 임계 전압(Vth)은 소진 영역과 역전 영역을 구분합니다.