Wat is een MOS-condensator?

Wat is een MOS-condensator?

MOS-condensator gedefinieerd

MOS staat voor Metal Oxide Semiconductor. Een MOS-condensator bestaat uit een halfgeleiderlichaam of substraat, een isolator en een metalen poort. Meestal wordt de poort gemaakt van zwaar gedopeerde n+ poly-silicium die als metaal functioneert. Silicon dioxide (SiO2) dient als dielectrisch materiaal tussen de platen van de condensator, waarbij de metalen en halfgeleiderlagen als de twee platen fungeren.

De capaciteit van een MOS-condensator varieert met de spanning die op het poortterminal wordt aangebracht, waarbij het lichaam meestal wordt aangesloten tijdens deze toepassing.

De vlakbandspanning is een belangrijk begrip in verband met de MOS-condensator. Het wordt gedefinieerd als de spanning waarbij er geen lading op de platen van de condensator is en dus geen statisch elektrisch veld over de oxide heen loopt. Een aangebrachte positieve poortspanning groter dan de vlakbandspanning (Vgb > Vfb) veroorzaakt dan een positieve lading op de metalen (poly silicium) poort en een negatieve lading in de halfgeleider. De enige negatief geladen elektronen zijn beschikbaar als negatieve ladingen en ze verzamelen zich aan de oppervlakte. Dit wordt oppervlakteaccumulatie genoemd.

Als de aangebrachte poortspanning lager is dan de vlakbandspanning (Vgb < Vfb), dan wordt een negatieve lading geïnduceerd op de interface tussen de poly-silicium poort en de oxide en een positieve lading in de halfgeleider.

Dit is alleen mogelijk door de negatief geladen elektronen weg te duwen van het oppervlak, waardoor de vaste positieve ladingen van donors bloot komen te liggen. Dit wordt oppervlakteverdunding genoemd.

Hoewel de MOS-condensator niet veel gebruikt wordt als zelfstandig component, is het essentieel voor MOS-transistoren, die de meest gebruikte halfgeleidercomponenten zijn.

De typische capaciteit-spanningskenmerken van een MOS-condensator met een n-type lichaam worden hieronder gegeven,

Capaciteit vs. Poortspanning (CV) diagram van een MOS-condensator. De vlakbandspanning (Vfb) scheidt de accumulatiezone van de verdunde zone. De drempelspanning (Vth) scheidt de verdunde zone van de inversiezone.