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12.14 : MOS コンデンサ

金属酸化膜半導体 (MOS) コンデンサは、半導体デバイス技術、特に集積回路や MOSFET (金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ) の製造で広く使用されている基本構造です。MOS コンデンサは、金属ゲート、誘電体酸化物、半導体基板の 3 つの層で構成されています。

金属ゲートは通常、アルミニウムやポリシリコンなどの高導電性材料で作られています。金属ゲートの下には、通常は誘電体である二酸化ケイ素 (SiO_2) の絶縁酸化物の薄い層があります。半導体基板は一般にシリコンで、p 型または n 型のいずれかになります。

金属ゲートに電圧が印加されると、半導体内の電気キャリアの分布に影響します。印加電圧がゼロの場合、半導体のエネルギーバンドは平坦であり、酸化物内または半導体表面に余分な電荷がないことを示します。ゲート電圧が正に増加すると、酸化物と半導体の界面に向かって電子が引き寄せられます。これにより、n 型シリコンに電子が蓄積され、p 型シリコンに正孔が空乏化して、空乏層が形成されます。

電圧をさらに上げると、強力な反転が起こり、酸化物の下の半導体表面のタイプが変わります。たとえば、電子が多数キャリアになると、p 型が n 型になります。この反転層は、MOSFET の動作に不可欠です。MOS 構造の静電容量は、ゲートに印加される電圧によって変化します。

反転層は、DRAM の MOS コンデンサの機能にとって重要です。データの書き込みには、この層を作成する電圧を印加し、半導体に電荷を蓄積する必要があります。この蓄積された電荷はバイナリデータを表し、情報の保存と取得を可能にします。電圧を除去すると、電荷が消散し、チャネルが非活性化され、保存されたデータが保持されます。この電荷サイクルは、コンピューティングアプリケーションにおける DRAM の機能と信頼性の中心です。

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MOS CapacitorMetal oxide semiconductorSemiconductor DeviceIntegrated CircuitMOSFETMetal GateDielectric OxideSilicon DioxideSemiconductor SubstrateEnergy BandsDepletion LayerInversion LayerDRAMData StorageCharge Cycle

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