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Electrónica fís ica
Esta va riación d e la carga eléctrica en la zona
del semiconductor cercana al aislante, por el
efecto de campo que se produce al polarizar la
estructura, es lo que produce un comportamien–
to de capacitor modulado por voltaje, donde la
estructura MOS puede modelarse de la siguiente
manera:
Metal""
AISlante',--.l~==+===l_--,'>.
Semiconductor
Figura 111.3 1. Modelo capacitivo de un MaS.
El capacitor del óxido es una constante y depen–
de únicamente del espesor del óxido. El capacitor
del semiconductor puede calcularse con base en
la pendiente de la gráfica de la carga superficial
IQ, I versus el potencial superficial 'V,.
-<lA
c/c; Bajas frecuencias (10 Hll:)
o 0.4 0.8
Frecuencias
elevadas (1000Hz)
Inversión pro funda
\V, [V)
Figura 111.32. Variación de la capacilancia en un MaS
como función de la polarización y de la frecuencia
Explicar el comportamiento d e la curva ante–
rior es relativamente fáci l: en la región deacumu–
lación (voltajes superficiales nega ti vos, \lis < O), al
cambiar el potencial cambia la canlidad de por–
ladores tan rápidamente como el potencial, ya
que sólo cambia la cantidad de portadores ma–
yorita ri os que se pueden agrupar fácilmente en
su superficie. La capacitancia total es únicamente
la del óxido.
Para voltajes superficiales positivos, lo que se
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tiene en la superficie del semiconductor son io–
nes, y si se da suficiente tiempo al semiconductor
se pued en generar los portadores minoritarios.
La capacitancia mide la rapidez de cambio en la
carga eléctrica, los portadores minoritarios pue–
den variar por recombinación y generación, así
que la capacitancia en esta zona depende de la
frecuencia. Los portadores deben ser generados
o recombinados para aumentar o disminuir. A
baja frecuencia, los portadores pueden seguir la
variación d el potencial y la capacitancia es nue–
vamente la del óxido. Si la frecuencia es mayor,
los portadores minoritarios no pueden cambiar
tan rápidamente y la capacitancia estará deter–
minada por los dos capacitores en serie. El capa–
citor d el semiconductor medirá la modulación
de la zona desértica. La zona indicada como
inversión profunda se produce cuando el voltaje
de polarización (no el que mide la capacitancia,
que es muy pequeño) cambia rápidamente pro–
duciendo una zona desértica especialmente
grande, ya que es más fácil descubrir más iones
que generar portadores minoritarios. Esta zona
es inestable y la capacitancia rápidamente toma
el valor de la capacitancia a la frecuencia de
medición.
La relación entre el voltaje aplicado V y el vol–
taje superficial \lis es la siguiente:
donde <P".. es la diferencia de funci ones-trabajo
entre el metal y el semiconductor.Si este número
es positivo, provoca un corrimiento de la curva
de capacitancia hacia la derecha. Para un semi–
conductor tipo p se usa el signo positivo, para
un tipo JI el negativo. V, es la caída de potencia l
en el óxido y depende d e la capacitancia en el
óxido C. y de la carga superficial Qs. Qa son las
cargas positivas fijas del óxido.
La cantidad de carga en el óxido es un pará–
metro difícil de conocer para cualquier condi–
ción de polarización. En fuerte inversión, la que
indica el voltaje de encendido de un MOSFET, se