Capacitancia de la región de agotamiento en el MOSFET

Question

Hola, me gustaría preguntar sobre el comportamiento de un MOSFET como un condensador, en particular en el inicio de la inversión / inversión débil - ver Fig 2.6(c)

• En esta etapa de la Fig. 2.6(c), hay carga positiva en la puerta contacto metal/poliéster, luego un óxido aislante y luego iones negativos (los agujeros positivos han sido repelidos) - este es el condensador Cox en el esquema superpuesto.
• Mi confusión se refiere al condensador Cdep - región de agotamiento. ¿Cuáles son las dos "placas" o regiones de acumulación de carga que forman el condensador Cdep? Supongo que una son los iones negativos (que comparten placa con Cox) y la otra son los huecos positivos repelidos. Pero entonces, si ves mi esquema dibujado, eso no tiene sentido, ya que las cargas + están en la parte superior y los iones negativos deberían estar en la parte superior?

¿Puede alguien explicarme cómo Razavi extrapola de la física del dispositivo que hay una capacitancia Cdep? ¿Cuáles son las dos regiones de carga que forman Cdep? ¿Se comparte una "placa" con Cox?

Answer 1

En la Fig. 2.6(c), no son los iones negativos los que están bajo la puerta, sino los portadores negativos (electrones) que son móviles y libres de moverse en su plano.

Debajo de eso hay una región de agotamiento aislante (carga negativa fija del material de tipo p del que se han repelido los agujeros), y debajo de eso hay material de tipo p conductor. La tapa de agotamiento es de la capa superior de electrones como una placa; la región de agotamiento como el dieléctrico no conductor, y el tipo p conductor como la placa inferior.

Debido a que hay una carga no movible en la región de agotamiento, el campo eléctrico en la capacitancia de agotamiento no es igual a E = V/d. No es necesario que la placa '+' tenga portadores '+' en ella.

Answer 2

Hay varias formas de ver el \$C_{dep}\$ capacitancia. Se ha presentado una forma en otra respuesta, pero creo que lo siguiente tiene más sentido.

En resumen, en realidad no se necesita una placa en el nodo entre \$C_{dep}\$ y \$C_{ox}\$ . Podría decirse que no se tiene cuando se opera en modo de agotamiento.

La capacitancia de la puerta por unidad de superficie es fija: \$C_{ox}^\prime=\epsilon_{ox}/t_{ox}\$ . Esta es la capacitancia de una tapa MOS tanto en modo de acumulación como de inversión. Pero en el modo de agotamiento hay una extensión del dieléctrico: la región de agotamiento. La adición de este dieléctrico adicional reduce la capacitancia, pero no es tan sencillo como aumentar \$t_{ox}\$ en la ecuación porque el semiconductor y el óxido tienen diferente permitividad. No es necesario que un condensador tenga una permitividad dieléctrica uniforme, y aquí tenemos un ejemplo. Puedes dedicar algo de tiempo a derivar la ecuación para un condensador de este tipo, y acabas con \$\frac{1}{C^\prime}=\frac{t_{ox}}{\epsilon_{ox}}+\frac{t_{dep}}{\epsilon_s}\$ . Que es idéntica a la ecuación para dos condensadores en serie.

No necesitas una placa en el nodo entre estos dos condensadores. Si tienes una placa allí, estaría en una carga constante de todos modos y por lo tanto no haría nada. Esto puede ocurrir cuando se opera un MOS CAP a alta frecuencia en modo de inversión, por ejemplo.

Como nota final, recuerde que la "capacitancia de agotamiento", y la capacitancia de la tapa MOS en general, es una medida de capacitancia diferencial. Es decir \$C=dQ/dV\$ . Todos esos dopantes ionizados en la región de agotamiento no cuentan realmente para nada, salvo para establecer la anchura de la región de agotamiento. No son cargas en tu condensador de la región de agotamiento (diferencial).