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E
struturas de
C
aracterização de
P
rocesso e
C
omponentes
ECPC
EmentaLivro do Martino, Pavanello e PatrickCaracterização Elétrica de Tecnologia e Dispositivos MOS• Capacitor MOS. (cap. 2 - pag. 25)
- Diagramas de banda de energia.- Curvas C-V de alta e baixa freqüência.- Parâmetros extraídos das curvas C-V.- Anomalias (TEPP).
- Estruturas não elétricas. (cap. 5 - pag. 121)
- Erro de alinhamento.
- Estruturas elétricas.
- Resistores.- Estrutura Van Der Pauw (Resistência de folha).- Estrutura Kelvin (Resistência de contato).- Erro de alinhamento.
http://www.lsi.usp.br/~sonnen
- Diodo. (cap. 1 - pag. 1)• Transistor MOS. (cap. 3 - pag. 75)
- Curvas Características.- Equações.- Parâmetros extraídos (Vt, gm, Slope, Idsoff..)- Punchthrought, Tiristor
- Inversor CMOS. (cap. 4 - pag. 107) (PCI)
- Comportamento estático.- Comportamento dinâmico.
- Tecnologia SOI. (BT 14)
- Vantagens e desvantagens.- Equações.- Curvas características.
MODELO DE BANDA DE ENERGIA (pag. 25)
Metal:
E : Energia potencial(para os elétrons) E^
E^
= Nível de Vácuo
vácuo E^
= Nível de Fermi F
Φ
= função de trabalho M
Óxido:
E^
= Nível de
Vácuo
vácuo E
= Nível de
Condução
C
Egq^
Faixaproibida
E^
=^
Nível
de
Valência
V
χ^
=^
afinidade
eletrônica
ox
=
Semicondutor:
Φ
= Potencial de Fermi F
E^
=^
Nível de Vácuo
Vácuo E^
=Nível de Condução C
Φ
= função de trabalho Si
E^
= Nível de Fermi F
Eg2q
Egq
Faixaproibida
E^
= Nível de Valência V
ΦF
E^
= Nível intrínseco i
χ^
= afinidade eletrônica Si
Φ
Si
= χ
Si
Eg 2 .q
F
χSi
= 4 ,15 V E^ g 2 .q
= 0 , 55 V
Φ
F^ p
=^
k. Tq
ln
N^
An i
Φ^
F^ N
= −
k .T q^
ln
N^
Dn i
E vácuo E C
ΦSi
E V
ΦF
E i
χ^ Si
χox
ΦM
E F
S
E F
M
E C E V
- Após o contato e em equilíbrio térmico
E vácuoE C
ΦSi
E V
ΦF
E i
χSi
ΦM
E F
S
E F
M^
E V
V^
^
0 G
ΦS
Vox Metal
Óxido
Semicondutor
Si
VG E^
:^
Energia potêncialpara
eletrons
V^
:^
Potencial
convencional
+-
SiO
2
Al
0 na porta (metal)G
Φ
MS
= Φ
M
− Φ
Si
= 4 ,
−
(4, 7
) F
Φ
MS
= −
0, 6
− Φ
F
Considerou-se que
M
Si^
para este primeiro cálculo, o que na
prática nunca ocorre.Por exemplo, se o metal for alumínio
M
(Al) = 4,1 V
Se em vez de alumínio, for silício policristalino altamentedopado com fósforo ( Si poli N+) ou com boro ( Si poli P+ )fica :
Φ
MS
= −
0, 55
− Φ
F^
Φ
MS
= +
0 , 55
− Φ
F
Novos Materiais de Porta (extra)
•^
O Al foi substituido pelo Si Poli devido ao problema detemperatura.
-^
Problemas de Depleção do Poli (Poli Depletion) estãolevando a substituição do Poli por outros metais como TiNentre outros.
-^
Com estes novos materiais tem-se outros valores de
M
- Após o contato e em equilíbrio térmico
E vácuoE C
ΦSi
E i E V
ΦM
E F
S
E F
M
E V
ΦS
Vox
V^
:^
Potencial
convencional
E^
:^
Energiapotencialpara
elétrons
Influência das cargas no óxido (pag. 34)
Metal
Óxido
Silício
++
Qos
e Q
it
Qo
m Qof
ρ(x)
Metal
Óxido
Silício
QSS
∆V
ox
a) Condição real
ρ(x) b) Condição equivalente
Q
ss^
é a carga efetiva, que colocada na interface óxido - silício produz o mesmo efeito no silício que as cargas ao longo do óxido(móveis, fixas e armadilhadas) produziriam.
Novos Materiais de Óxido de Porta (extra)
•^
A espessura do óxido está ficando cada vez mais fino<2nm.
-^
Problemas de corrente de fuga alto para óxidos finos.
-^
O SiO
2
tem baixo
ε
ox
•^
Com novos materiais tem-se valores alto de
ε
ox
(high k).
•^
Óxido
de
Hafnio
(HfO),
òxido
de
Alumínio
(Al
O 2
Nitreto
de
Silício
(SiNO
entre
outros
com
valores
maiores que 20.
E C
ΦS
E V
ΦF
E i E F
x d inversão
Óxido
Silício
Campo Elétrico e Potencial na estrutura MOS (pag. 36)
para x = d
0
=
q. N
A ε^ Si
d ( 2 2
−^
(^2) d )^
+^
C^
2
⇒
C
2
=
q. N
A ε^ Si
(^2) d (^2)
Φ =
q. N
A ε^ Si
x ( 2 2
−^
x.d
d 2 2 )
E^
=
(^2) q
. N
A ε Si
(^ −
x 2 2
+^
x. d
−
d 2 2
)
Para x=
2 qNa
d
2 qNad
Si
Si
2
S
S
Φ = ⇒ = Φ = Φ ε
ε
ε
d
0
x
b)
(^
campo
elétrico
)
ε s
x
d
0
(^
potencial
)
Φ
Φ^ s c)
d
0
x
E^
(^
energia
potencial
paraos
elétrons
)
Φs -q
d)
d
-qN
(^0) A
x
ρ -^
-^ -^
(concentração
de
íons
)
a)
-^ -^ -^
