Capacité MOS
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La Capacité Métal-Oxyde-Semi-conducteur est l'un des composants les plus importants de la microélectronique en filière silicium. Elle fournit le canal de conduction des transistors MOSFET.
Sommaire |
[modifier] Système à l'équilibre
[modifier] Structure
[modifier] Condition de bande plate
Comme dans le cas d'une diode Schottky, il faut tenir compte de la différence des niveaux du vide (électronégativité de Pauling) entre le semi-conducteur et le métal, qui se traduit par la création d'une zone de déplétion.
[modifier] Fonctionnement
[modifier] Régime d'enrichissement
[modifier] Régime de déplétion
[modifier] Régime d'inversion
[modifier] Synthèse
[modifier] capacité MOS réelle
Le modèle adopté ci-dessus néglige un certain nombre de paramètres. En particulier, il a été supposé que le diélectrique était parfait. Un dieléctrique réelle contient une faible densité de charges. Ces charges sont de plusieurs types. Certaines sont incorporées lors de la production : ce sont des ions (calcium entre autres) piégées dans l'oxyde. Ils sont donc fixes ou très peu mobiles.
D'autres charges apparaissent sous l'effet du champ électrique imposé. Elles peuvent prendre plusieurs forces : réorientation de diôles présents dans le volume, injection d'électrons et de trous aux extrêmités, et électrodissociation de molécules. [1].
D'autre part, si le champ électrique devient trop important, le diélectrique claque, il s'agit d'une perte soudaine et irréversible de son caractère isolant.
[modifier] Réalisation technologique
Le diélectrique est généralement du dioxyde de silicium (d'où le nom MOS). Néanmoins le nitrure de silicium connait un intérêt croissant, du fait notamment de sa permittivité relative plus grande, qui autorise une réduction de l'épaisseur pour obtenir une capacité surfacique donnée. [2]
Pour l'électrode, l'aluminium est le matériau le plus utilisé. Certains fondeurs s'intéressent de plus en plus à l'emploi du cuivre. L'emploi du polysilicium, une forme de silicium présentant des propriétés proches de celles d'un métal, tend à tomber en désuétude.
Notons que l'absence d'un équivalent de l'oxyde ou du nitride (un diélectrique efficace facile à épitaxier) en technologie AsGa est, avec la limitation des dopages accesssibles, l'une des deux raisons qui ont empêché le développement de cette filière, qui paraissait a priori prometteuse, pour l'électronique. Ce disposant pas d'équivalent du MOS, les circuits logiques en AsGa doivent se contenter de la technologie MESFET.
[modifier] Références
- ↑ Analyse et modélisation des phénomènes de chargement de diélectriques dans les MEMS RF : application à la fiabilité prédictive de micro-commutateurs électromécaniques micro-ondes, thèse de doctorat de Samuel MELLE, LAAS, 2005
- ↑ Reliability of silicon nitride dielectric-based metal-insulator-metal capacitors, Remmell, T. Ramprasad, R. Roberts, D. Raymond, M. Martin, M. Qualls, D. Luckowski, E. Braithwaite, S. Miller, M. Walls, J. Technol. Solutions Group, Motorola Inc., Chandler, AZ, USA;
