MOS
 
Encyklopedia
MOS, ang. Metal-Oxide-Semiconductor,
struktura półprzewodnikowa, stanowiąca układ 3 warstw: metalu, tlenku i półprzewodnika, wytwarzana technologią, zw. technologią MOS (będąca odmianą technologii planarnej).
Tradycyjnie termin MOS jest stosowany wymiennie z ogólniejszym terminem MIS (ang. Metal-Insulator-Semiconductor), oznaczającym układ: metal–izolator–półprzewodnik, w którym izolatorem może być także inna substancja, nie tylko tlenek. Podłożem półprzewodnikowym jest zwykle płytka krzemowa (grub. 0,2–0,6 mm), izolatorem (dielektrykiem) — najczęściej warstwa tlenku krzemu (grub. 10–100 nm), metaliczną elektrodą (bramką) — najczęściej warstwa aluminium (grub. kilkuset nm), czasami innego materiału o dobrej przewodności elektr., np. polikrystal. krzemu.
Właściwości struktury MOS zależą od przebiegu zjawisk zachodzących w warstwach półprzewodnika i izolatora oraz w obszarze granicznym izolator–półprzewodnik po przyłożeniu do struktury zewn. napięcia UG (polaryzacja bramki względem półprzewodnikowego podłoża). Istotne znaczenie ma również kontaktowa różnica potencjałów metal–półprzewodnik. W zależności od wartości przyłożonego napięcia rozróżnia się 4 charakterystyczne stany idealnej struktury MOS dla półprzewodnika typu p, w którym nośnikami większościowymi są dziury); stan obojętny (napięcie UG = 0), który przejawia się brakiem nieskompensowanych ładunków i towarzyszących im pól elektr.; stan akumulacji (UG < 0), w którym odbywa się przyciąganie dziur ku powierzchni granicznej izolator–półprzewodnik, w wyniku czego powstaje tam cienka warstwa nieskompensowanego ładunku dodatniego, zw. warstwą akumulacyjną; stan zubożenia (UG nieznacznie większe od 0, UG ≥ 0) — zachodzi odpychanie dziur od powierzchni granicznej izolator–półprzewodnik i powstaje obszar zawierający nieskompensowany ładunek ujemny (ujemnie zjonizowane centra akceptorowe), zw. warstwą zubożoną; stan inwersji (UG > 0) — zachodzi przyciąganie elektronów ku powierzchni granicznej izolator–półprzewodnik i przy odpowiednio dużym dodatnim napięciu (UG = UT ≥ 0, przy czym UT jest tzw. napięciem progowym) powstaje obszar, zw. warstwą inwersyjną, w którym koncentracja nośników mniejszościowych przewyższa koncentrację nośników większościowych (inwersja typu przewodnictwa). Analogiczne zjawiska występują w przypadku półprzewodnika typu n przy przeciwnych znakach napięcia UG (wówczas nośnikami większościowymi w podłożu są elektrony).
Podstawową charakterystyką elektr. struktury MOS jest zależność pojemności elektr. tej struktury (CMOS) od napięcia bramki UG. Pojemność idealnej struktury MOS może być traktowana jako szeregowe połączenie stałej pojemności Ci dielektryka i pojemności Cs półprzewodnika, zależnej od napięcia. Przebieg charakterystyki CMOS(U) w zakresie akumulacji i zubożenia nie zależy od szybkości zmian napięcia doprowadzonego do bramki (czas relaksacji nośników większościowych jest krótki, tj. zmiany gęstości ładunku w warstwie nadążają za zmianami napięcia). W zakresie inwersji, gdy napięcie doprowadzone do bramki zmienia się stosunkowo wolno w porównaniu z czasem relaksacji nośników mniejszościowych (np. do bramki jest doprowadzony sygnał zmienny o małej amplitudzie i małej częst. nałożony na stałe napięcie polaryzacji bramki), wówczas zmiany gęstości ładunku w warstwie inwersyjnej nadążają za zmianami napięcia i otrzymuje się tzw. charakterystykę małoczęstotliwościową (m.cz.) struktury MOS; gdy częst. zmian napięcia jest na tyle duża, że zmiany gęstości ładunku w warstwie inwersyjnej za nimi nie nadążają, otrzymuje się charakterystykę wielkoczęstotliwościową (w.cz.); charakterystykę głębokiego zubożenia (g.z.) otrzymuje się w przypadku bardzo szybkich zmian napięcia doprowadzonego do bramki, uniemożliwiających powstanie warstwy inwersyjnej.
Opisane zjawiska są podstawą działania przyrządów półprzewodnikowych MOS (tranzystorów, układów scalonych, układów CCD), których zasadniczym fragmentem jest struktura MOS. Struktura MOS wytworzona na powierzchni półprzewodnika może być też wykorzystywana do badania właściwości tej powierzchni.
Podstawowe znaczenie wśród wielu odmian technologii MOS mają: PMOS — najstarsza technologia wytwarzania tranzystorów MOS o kanale typu p i bramce aluminiowej; NMOS — technologia wytwarzania tranzystorów MOS o kanale typu n i bramce z polikrystal. krzemu (wprowadzona w 1. poł. lat 70.); CMOS — technologia wytwarzania układów scalonych MOS z parami komplementarnych (dopełniających się) tranzystorów MOS o kanale p i n. Celem najnowszych technologii MOS (np. HMOS, ang. High performance MOS, VMOS, ang. V groove MOS, o bramce w kształcie litery V, DMOS, ang. Double-diffused MOS) jest uzyskanie bardzo małych rozmiarów tranzystorów (o mikrometrowych i submikrometrowych długościach kanału).
Mirosław Rusek
Przeglądaj encyklopedię
Przeglądaj tabele i zestawienia
Przeglądaj ilustracje i multimedia