12.14 : مكثف MOS

مكثف أشباه الموصلات بأكسيد المعدن (MOS) هو هيكل أساسي يستخدم على نطاق واسع في تكنولوجيا أجهزة أشباه الموصلات، وخاصة في تصنيع الدوائر المتكاملة و MOSFETs). ترانزستورات التأثير الميداني لأشباه الموصلات بأكسيد المعدن ) يتكون مكثف MOS من ثلاث طبقات: بوابة معدنية، وأكسيد عازل، وركيزة من أشباه الموصلات.

عادة ما تكون البوابة المعدنية مصنوعة من مواد عالية التوصيل مثل الألومنيوم أو البولي سيليكون. أسفل البوابة المعدنية توجد طبقة رقيقة من أكسيد عازل، عادة ثاني أكسيد السيليكون (SiO_2)، وهو العازل. عادة ما تكون ركيزة أشباه الموصلات من السيليكون، والتي يمكن أن تكون إما من النوع p أو النوع n.

عندما يتم تطبيق الجهد على البوابة المعدنية، فإنه يؤثر على توزيع الناقلات الكهربائية في أشباه الموصلات. تكون نطاقات طاقة أشباه الموصلات مسطحة عند جهد مطبق صفر، مما يشير إلى عدم وجود شحنة زائدة داخل الأكسيد أو على سطح أشباه الموصلات. مع زيادة جهد البوابة بشكل إيجابي، فإنها تجذب الإلكترونات نحو السطح البيني للأكسيد وأشباه الموصلات. يؤدي هذا إلى تراكم الإلكترونات في السيليكون من النوع n واستنفاد الثقوب في السيليكون من النوع p، مما يشكل طبقة الاستنفاد.

تؤدي الزيادة الإضافية في الجهد إلى انعكاس قوي، حيث يغير سطح أشباه الموصلات الموجود أسفل الأكسيد نوعه؛ على سبيل المثال، يتحول النوع p إلى النوع n، حيث تصبح الإلكترونات هي حاملات الأغلبية. تعد طبقة الانعكاس هذه أمرًا بالغ الأهمية في تشغيل الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFETs). تختلف سعة هيكل MOS مع الجهد المطبق على البوابة.

تعتبر طبقة الانعكاس ضرورية لوظيفة مكثفات MOS في DRAM. تتضمن كتابة البيانات تطبيق الجهد الكهربي الذي ينشئ هذه الطبقة وتخزين الشحنة في أشباه الموصلات. تمثل هذه الشحنة المخزنة بيانات ثنائية، مما يتيح تخزين المعلومات واسترجاعها. تؤدي إزالة الجهد إلى تبديد الشحنة وإلغاء تنشيط القناة والحفاظ على البيانات المخزنة. تعتبر دورة الشحن هذه أساسية لوظيفة وموثوقية DRAM في تطبيقات الحوسبة.