Structure MOS - CCD

Introduction - Définitions

Description

Fonctionnement

Structure MOS réelle

Dispositifs CCD

Conclusions Exercices


Structure MOS- Dispositifs C.C.D. 7.2 Description.

La réalisation d'une structure MOS est simple :

la surface du semiconducteur est oxydée thermiquement pour former une couche d'isolant (SiO2 ) de 10 à 50 nm avec une densité minimale de pièges à l'interface isolant-semiconducteur.

Les contact électriques sont réalisés par dépôts métalliques ou par des couches de silicium polycristallin fortement dopées appelées "polysilicium".

Polysilicium ou poly-Si est obtenu par croissance de silicium à basses température ( pyrolyse de silane sous basse pression LPCVD à une température de 620 °C). Les cristaux de silicium polycristallin ont un diamètre de 0.03 à 0.3 µm et une hauteur de la taille de la couche déposée,

7.2.1. Diagramme d'énergie d'une structure M.I.S..

Soit un métal de travail de sortie qfm et un semiconducteur de travail de sortie qfs séparé par un isolant constitué par une épaisseur de vide relativement faible.

Si le métal et le semiconducteur sont reliés électriquement, ils constituent un seul système thermodynamique, leur niveau de FERMI s'alignent et une différence de potentiel créée par les différence des travaux de sortie apparaît :

barriere de potentiel semiconducteur métal (eV.)

Suivant les valeurs de qfm et de qfs , Vb peut être positif ou négatif.

Le potentiel de barrière Vb se décompose en :

La structure se comporte comme un condensateur plan dont la tension entre les armatures est constante (Vb ) . La charge dépend de la capacité donc de la distance entre les armatures. Si cette distance diminue, la capacité donc la charge augmente.

La charge dans le métal Qm est égale et de signe opposé à celle dans le semiconducteur Qs .

Compte tenu des très grandes différences de densités d'états disponibles entre le métal et le semiconducteur, cette charge sera confinée sur une fraction de couche atomique dans le métal (épaisseur supposé nulle).

La charge dans le semiconducteur s'étend sur quelques dizaines d'Angströms dans le cas d'une accumulation des porteurs majoritaires et sur quelques milliers d'Angströms dans le cas d'une désertion de porteurs majoritaires.

7.2.2 La structure Métal-Oxyde-Semiconducteur idéale.

Pour comprendre les différents états d'une capacité MOS en fonction de la polarisation, nous allons envisager un composant "idéal" et ensuite étudier l'influences des différents défauts sur le comportement.

Caractéristiques d'une structure "idéale"

  • Le dopage du semiconducteur (P) est tel que les travaux de sortie du métal et du semiconducteur sont identiques : qfm = qfs . On est en régime de "bandes plates (flat band)"
  • Le dopage du semiconducteur NA est uniforme.
  • Il n'y a pas d'états d'interface entre l'oxyde et le semiconducteur.
  • Il n'y a pas de charges dans l'oxyde.
  • L'isolant est parfait.
  • La structure MOS est polarisée par une tension appliquée entre le métal et le semiconducteur. Par convention VG est positive lorsque le contact métallique est à un potentiel supérieur par rapport au contact sur le semiconducteur.

Dans le cas d'une structure Aluminium-SiO2-Si les ordres de grandeurs des différents paramètres physiques sont :


loi écologique de Fowler : La seule imperfection de la Nature est la race humaine.


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Dernière mise à jour : le   6 mai, 2004 Auteur : Bernard BOITTIAUX