MOS-Kondensator - warum ist die Gesamtkapazität nur die Oxidkapazität C_ox?

Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass die Kapazität eines MOS-Kondensators die Differenzkapazität ist. Bei einem "normalen" Kondensator können Sie die Kapazität berechnen, indem Sie die Ladung durch die Spannung teilen. Aber hier meinen wir die Ableitung der Ladung nach der Spannung. Die Differenzkapazität sagt uns, wie stark sich die Spannung ändert, wenn wir eine kleine Ladungsmenge hinzufügen oder entfernen.

Der Erschöpfungsmodus ist das Seltsame. Wie Sie sagten, nehmen Sie die Oxid- und Verarmungskapazitäten in Reihe. Sie tun dies, weil das Hinzufügen oder Entfernen von Ladungen am Rand der Verarmungsregion erfolgt. Die Dicke des Kondensators ist das Oxid plus die Verarmungszone.

Aber sowohl im Akkumulations- als auch im Inversionsmodus werden die zusätzlichen Ladungen direkt unter dem Oxid hinzugefügt oder entfernt, an der Halbleiteroberfläche, nicht am Rand des Verarmungsbereichs. Die Dicke der Verarmungsregion hat also keine Auswirkung.

In der Inversion haben Sie einen Verarmungsbereich, aber Sie können ihn bei der Berechnung der Kapazität ignorieren, da alle diese Ladungen im Verarmungsbereich unverändert bleiben, wenn Sie die Spannung im Inversionsmodus variieren. Sie beeinflussen die Differenzkapazität nicht, da sie Konstanten sind.

Hauptkonzept: Elektrische Feldlinien können bei einer +ve-Ladung beginnen und bei einer -ve-Ladung enden.

In diesem Sinne:

• Akkumulation: Die Kapazität ist Cox, da die Ladungen des Diffusionsbereichs nicht ins Spiel kommen. Die negative Spannung schiebt die freien Elektronen in n-leitendes Material und hinterlässt eine stationäre Donatorverunreinigung mit einer +ve-Nettoladung. Die Feldlinien gehen von diesem positiven Ion aus und enden auf der anderen Seite des negativen Gates. Die Plattendicke des Kondensators ist die Gatedicke.

• Verarmung: Elektronen, die zuvor weggedrückt wurden, sind immer noch weit vom Gate entfernt, aber wenn die Spannung positiver wird, bahnen sich einige ihren Weg zu den Ionen, die diese Ladung neutralisieren (in unmittelbarer Nähe unter dem Gate abgelagert). Wenn die Gate-Spannung positiv wird, beginnen die Feldlinien auf der Oberseite und enden irgendwo in der Masse, aber diese Abschlüsse befinden sich im Durchschnitt tiefer in der Masse. Es ist, als ob die Platten immer weiter auseinander gedrückt werden, sodass die Kapazität in diesem Bereich weiter abnimmt.

• Inversion am Schwellenwert: Der Kanal invertiert, was bedeutet, dass jetzt viele Träger (Elektronen) verfügbar sind und die Feldlinien an diesen Punkten enden können, im Wesentlichen direkt unter dem Gate. Somit wird die Plattendicke auf die Oxiddicke reduziert und der Diffusionsbereich spielt keine Rolle mehr. Die Kapazität springt zurück.