金属氧化物半导体(MOS)电容器是半导体器件技术中广泛使用的一种基本结构,特别是在集成电路和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的制造中。金属氧化物半导体电容器可以分为三层:金属栅极、介电氧化物和半导体衬底。
金属栅极通常是由铝或多晶硅等高导电性材料所制成的。金属栅极下方是一层薄薄的绝缘氧化物,通常是二氧化硅(SiO_2),也就是电介质。半导体衬底通常是硅,可以是 p 型或 n 型。
当向金属栅极施加电压时,它会影响到半导体中电载体的分布。在零施加电压时,半导体的能带是平坦的,这表明了氧化物内部或半导体表面没有多余的电荷。当栅极电压正向增加时,它会将电子吸引到氧化物和半导体的界面上。这会导致在 n 型硅中产生电子积累和在 p 型硅中空穴的耗尽,从而形成耗尽层。
电压的进一步增加会导致出现强烈的反转,氧化物下方的半导体表面会改变其类型;例如,随着电子逐渐成为多数载流子,p 型则会变为 n 型。这个反转层对于金属氧化物半导体场效应晶体管的运行来说是至关重要的。金属氧化物半导体结构的电容会随着施加到栅极的电压而发生变化。
反转层对于动态随机存取内存(DRAM)中金属氧化物半导体电容器的功能来说是至关重要的。写入数据时需要施加电压,从而产生反转层,并将电荷存储在半导体中。其中存储的电荷代表了二进制数据,能够用来存储和检索信息。移除电压会导致电荷消散、使沟道失活,并保留所存储的数据。这种电荷循环对于动态随机存取内存在计算应用中的功能和可靠性来说是至关重要的。
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