12.14 : Condensador MOS

Un condensador semiconductor de óxido metálico (MOS) es una estructura fundamental que se utiliza ampliamente en la tecnología de dispositivos semiconductores, particularmente en la fabricación de circuitos integrados y MOSFET (transistores de efecto de campo semiconductores de óxido metálico). El condensador MOS consta de tres capas: una compuerta metálica, un óxido dieléctrico y un sustrato semiconductor.

La compuerta de metal suele estar hecha de materiales altamente conductores como el aluminio o el polisilicio. Debajo de la compuerta metálica se encuentra una fina capa de óxido aislante, normalmente dióxido de silicio (SiO_2), que es el dieléctrico. El sustrato semiconductor suele ser silicio, que puede ser de tipo p o de tipo n.

Cuando se aplica voltaje a la compuerta metálica, esto influye en la distribución de los portadores eléctricos en el semiconductor. Las bandas de energía del semiconductor son planas cuando se aplica un voltaje cero, lo que indica que no hay exceso de carga dentro del óxido o en la superficie del semiconductor. A medida que el voltaje de compuerta aumenta positivamente, atrae electrones hacia la interfaz del óxido y el semiconductor. Esto crea una acumulación de electrones en el silicio tipo n y un agotamiento de los huecos en el silicio tipo p, formando la capa de agotamiento.

Un aumento adicional de la tensión provoca una fuerte inversión, en la que la superficie del semiconductor situada debajo del óxido cambia de tipo; por ejemplo, un tipo p se convierte en un tipo n, ya que los electrones se convierten en los portadores mayoritarios. Esta capa de inversión es fundamental en el funcionamiento de los MOSFET. La capacitancia de la estructura MOS varía con el voltaje aplicado a la compuerta.

La capa de inversión es crucial para el funcionamiento de los condensadores MOS en DRAM. Escribir datos implica aplicar un voltaje que crea esta capa y almacenar la carga en el semiconductor. Esta carga almacenada representa datos binarios, lo que permite el almacenamiento y recuperación de información. Quitar el voltaje hace que la carga se disipe, desactivando el canal y preservando los datos almacenados. Este ciclo de carga es fundamental para la funcionalidad y confiabilidad de la DRAM en aplicaciones informáticas.