Structure MOS - CCD

Introduction - Définitions

Description

Fonctionnement

Structure MOS réelle

Dispositifs CCD

Conclusions Exercices


Structure MOS- Dispositifs C.C.D. 7.3 Fonctionnement .

7.3.3. La structure M.O.S. en régime d'inversion.

a) mode de fonctionnement.

La tension VG devient de plus en plus positive :

Le régime d'inversion

Les trous sont de plus en plus repoussés de l'interface isolant-semiconducteur pendant que les électrons sont de plus en plus attirés.

La courbure des bandes d'énergie s'accentue, et pour une certaine tension, le niveau de FERMI intrinsèque (EFi ) passe sous le niveau de FERMI EF.

Le Niveau de FERMI est plus proche de la BdC que de la BdV, le semiconducteur est devenu de type "N". Les électrons minoritaires dans le semiconducteur (type "P") sont majoritaires à l'interface isolant-semiconducteur. Il y a eu le phénomène d'inversion.

Il y a apparition d'une couche d'inversion séparée par une zone désertée de la région neutre du semiconducteur.

La charge de cette couche d'inversion Qinv s'ajoute à la charge de la zone désertée QW telle que :

(C. cm-2)

La condition de forte inversion a été définie arbitrairement quand la densité des porteurs négatifs à l'interface isolant-semiconducteur est égale à celle des porteurs positifs dans le semiconducteur (NA ).

Densité des électrons et des trous à l'interface en fonction du potentiel de surface.

Courbures des bandes d'énergie en forte inversion

Dans ces conditions, la distance du niveau de FERMI intrinsèque au niveau de FERMI qff est la même à l'interface isolant semiconducteur que dans la partie neutre du semiconducteur.

Mais à l'interface EFi est en dessous de EF (Semiconducteur N) alors que c'est l'inverse dans la partie neutre du semiconducteur (Type "P").

La courbure totale des bandes d'énergie est telle que :

q Vsinv = 2 qff

 

Le potentiel à l'interface en régime de forte inversion est donc :

L'épaisseur de la zone désertée est alors :

et la charge de la structure est :

En régime d'inversion, tout accroissement de la charge sur l'électrode métallique peut être équilibrée par deux phénomènes différents :

l'augmentation de la charge de la couche d'inversion ( Qinv )

l'augmentation de la charge d'espace due à la zone désertée (QW donc W )

Remarque : Bien que le potentiel de surface augmente légèrement lorsque la tension appliquée sur la structure dépasse la tension de seuil, on peut supposer sans trop d'erreur que le potentiel de surface conserve la valeur : Vsinv = 2 ff et que la profondeur de la ZCE reste égale à Wm.

b) Détermination de la capacité de la structure MOS en régime d'inversion.

La variation de la charge d'inversion est un mécanisme lent. Pour que Qinv augmente, il faut attendre que des électrons minoritaires soient créés par l'agitation thermique ou par photogénération et viennent se plaquer sur l'interface isolant-semiconducteur.

Cas de Basses Fréquences : régime quasi statique

Variation des charges en régime quasi-statique

Dans le cas ou la mesure de la capacité de la structure s'effectue en B.F. (régime quasi-statique qqHz), les variations de la charge d'inversion DQinv peuvent compenser les variations (lentes) de la charge DQm.

La capacité mesurée est alors celle de l'isolant :

 

(pF./cm2)

Cas des hautes Fréquences.

Variation des charges en H.F.

Pour des mesures en Hautes Fréquences (qq MHz), la variation rapide de la charge DQm ne peut être compensée par une variation de la charge d'inversion. c'est donc une variation de la charge de désertion DQW qui fait l'équilibre.

La capacité mesurée est alors :

(pF./cm2)

 

Capacité MOS fonction de la polarisation : http://jas2.eng.buffalo.edu/applets/education/mos/mosCap/biasBand10.html

Charge, champ électrique potentiel dans une capacité MOS : http://jas2.eng.buffalo.edu/applets/education/mos/mosCap/biasPot10.htm

 

Postulat implacable de Newton : Tout ce qui monte doit descendre.

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Dernière mise à jour : le   07-Mai-2004 Auteur : Bernard BOITTIAUX