12.14 : Capacitor MOS

Um capacitor de semicondutor de óxido metálico (MOS) é uma estrutura fundamental usada extensivamente na tecnologia de dispositivos semicondutores, particularmente na fabricação de circuitos integrados e MOSFETs (transistores de efeito de campo semicondutores de óxido metálico). O capacitor MOS consiste em três camadas: uma porta metálica, um óxido dielétrico e um substrato semicondutor.

A porta metálica é normalmente feita de materiais altamente condutores, como alumínio ou polisilício. Abaixo da porta metálica encontra-se uma fina camada de óxido isolante, geralmente dióxido de silício (SiO_2), que é o dielétrico. O substrato semicondutor é comumente silício, que pode ser do tipo p ou do tipo n.

Quando uma tensão é aplicada à porta metálica, ela influencia a distribuição dos portadores elétricos no semicondutor. As bandas de energia do semicondutor são planas quando a tensão aplicada é zero, indicando que não há excesso de carga dentro do óxido ou na superfície do semicondutor. À medida que a tensão da porta aumenta positivamente, ela atrai elétrons para a interface do óxido e do semicondutor. Isso cria um acúmulo de elétrons no silício tipo n e um esgotamento de lacunas no silício tipo p, formando a camada de depleção.

Um aumento adicional na tensão leva a uma forte inversão, onde a superfície semicondutora abaixo do óxido muda de tipo; por exemplo, um tipo p torna-se um tipo n, à medida que os elétrons se tornam os portadores majoritários. Esta camada de inversão é crítica na operação dos MOSFETs. A capacitância da estrutura MOS varia com a tensão aplicada à porta.

A camada de inversão é crucial para o funcionamento dos capacitores MOS na DRAM. A gravação de dados envolve a aplicação de uma tensão que cria essa camada e o armazenamento da carga no semicondutor. Essa carga armazenada representa dados binários, possibilitando o armazenamento e recuperação de informações. A remoção da tensão faz com que a carga se dissipe, desativando o canal e preservando os dados armazenados. Este ciclo de carga é fundamental para a funcionalidade e confiabilidade da DRAM em aplicações de computação.