Diagramas de banda de energia em cada regime de polarização do MOSFET

Regiane Ragi

1

Começamos com o MOSFET na condição de flat-band, com ϕM ≠ ϕS, qVfb = ϕM - ϕs

χSiO2

ϕM

EFM

EFSM

EV

EC

ϕsχSi

M O S

E0

qVg = qVfb

2

3

Se uma tensão mais negativa que a tensão de flat-band, Vfb,for aplicada ao gate (VG < Vfb), o nível de Fermi no metal levanta e as bandas de energia, no semicondutor e no óxido, exibem uma inclinação descendente.

EFM

EFSM

EV

EC

M O S

qVg < qVfb

qVox

qψs

Acumulação

Apenas uma pequena quantidade de encurvamento de banda no

semicondutor, ψs, é necessária para acumular a carga de acumulação, de modo que quase toda a variação de potencial encontra-se dentro do óxido, Vox = VG.

4

EFM

EFSM

EV

EC

qVg

Quando aplicamos no gate uma tensão um pouco maior do que a tensão de flat-band, (VG > Vfb), o nível de Fermi no metal abaixa e as bandas de energia, no semicondutor e no óxido, exibem uma inclinação ascendente.

M O S

qVox

Depleção

5

Quando VG > Vfb é tal que a concentração de elétrons na superfície, ns, é igual à concentração de dopagem no bulk, Na, dizemos que o MOS atingiu a CONDIÇÃO DE THRESHOLD ou de LIMIAR, tensão Vt. Esta condição pode ser bem entendida no diagrama de banda de energia quando as quantidades A = B e C = D.

EFM

EFSM

EV

EC

qVg=qVt

M O S

qVox

A

B

Ei

Ei é a curva desenhada no meio da banda, a qual corresponde à metade de EC e Ev.

CD

6

Quando VG > Vt surge uma camada de inversão de elétrons sob o gate, e o nível de Fermi no metal abaixa ainda mais. Como VG é positivo, as bandas de energia, no semicondutor e no óxido, exibem uma inclinação ascendente.

EFM

EFSM

EV

EC

qVg

M O S

qVox

INVERSÃO