12.14 : MOS Kapasitör

Metal Oksit Yarı İletken (MOS) kapasitör, yarı iletken cihaz teknolojisinde, özellikle entegre devrelerin ve MOSFET'lerin (metal oksit yarı iletken alan etkili transistörler) üretiminde yaygın olarak kullanılan temel bir yapıdır. MOS kapasitör üç katmandan oluşur: bir metal geçit, bir dielektrik oksit ve bir yarı iletken alt tabaka.

Metal kapı tipik olarak alüminyum veya polisilikon gibi oldukça iletken malzemelerden yapılır. Metal kapının altında ince bir yalıtkan oksit tabakası, genellikle dielektrik olan silikon dioksit (SiO₂) bulunur. Yarı iletken substrat genellikle p tipi veya n tipi olabilen silikondur.

Metal geçide bir voltaj uygulandığında, yarı iletkendeki elektrik taşıyıcılarının dağılımını etkiler. Yarı iletkenin enerji bantları, uygulanan sıfır voltajda düzdür; bu, oksit içinde veya yarı iletken yüzeyinde aşırı yük olmadığını gösterir. Geçit voltajı pozitif olarak arttırıldığında elektronları oksit ve yarı iletken ara yüzüne doğru çeker. Bu, n-tipi silikonda elektron birikmesine ve p-tipi silikonda deliklerin tükenmesine neden olarak tükenme katmanını oluşturur.

Voltajdaki ilave bir artış, oksitin altındaki yarı iletken yüzeyin türünü değiştirdiği güçlü bir ters çevirmeye yol açar; örneğin, elektronlar çoğunluk taşıyıcıları haline geldikçe, bir p-tipi bir n-tipi haline gelir. Bu inversiyon katmanı MOSFET'lerin çalışmasında kritik öneme sahiptir. MOS yapısının kapasitansı, kapıya uygulanan voltajla değişir.

Ters çevirme katmanı, DRAM'deki MOS kapasitörlerinin işlevi için çok önemlidir. Veri yazmak, bu katmanı oluşturan voltajın uygulanmasını ve yükün yarı iletkende depolanmasını içerir. Bu depolanan yük, ikili verileri temsil eder ve bilginin depolanmasını ve alınmasını sağlar. Voltajın kaldırılması yükün dağılmasına, kanalın devre dışı bırakılmasına ve depolanan verilerin korunmasına neden olur. Bu şarj döngüsü, bilgi işlem uygulamalarındaki DRAM'in işlevselliği ve güvenilirliği açısından merkezi öneme sahiptir.