12.14 : קבל MOS

קבל מתכת-תחמוצת-חצי מוליך (MOS) הוא מבנה בסיסי בשימוש נרחב בטכנולוגיית התקן מוליכים למחצה, במיוחד בייצור של מעגלים משולבים ו-MOSFET (טרנזיסטורי אפקט שדה של מתכת-תחמוצת-מוליכים למחצה). קבל MOS מורכב משלוש שכבות: שער מתכת, תחמוצת די-אלקטרית ומצע מוליכים למחצה.

שער המתכת עשוי בדרך כלל מחומרים מוליכים מאוד כגון אלומיניום או פוליסיליקון. מתחת לשער המתכת מונחת שכבה דקה של תחמוצת בידוד, בדרך כלל צורן דו-חמצני (SiO₂), שהיא הדי-אלקטרית. מצע המוליך למחצה הוא בדרך כלל סיליקון, שיכול להיות מסוג p או מסוג n.

כאשר מתח מופעל על שער המתכת, הוא משפיע על חלוקת הספקים החשמליים במוליך למחצה. פסי האנרגיה של המוליך למחצה שטוחים במתח מופעל אפס, מה שמצביע על מטען עודף בתוך התחמוצת או במשטח המוליך למחצה. כאשר מתח השער גדל באופן חיובי, הוא מושך אלקטרונים לעבר הממשק של התחמוצת והמוליך למחצה. זה יוצר הצטברות אלקטרונים בסיליקון מסוג n ודלדול של חורים בסיליקון מסוג p, היוצרים את שכבת הדלדול.

עלייה נוספת במתח מובילה להיפוך חזק, כאשר משטח מוליך למחצה מתחת לתחמוצת משנה את סוגו; לדוגמה, סוג p הופך לסוג n, מכיוון שהאלקטרונים הופכים לנשאי הרוב. שכבת היפוך זו היא קריטית בפעולת MOSFETs. הקיבול של מבנה MOS משתנה עם המתח המופעל על השער.

שכבת ההיפוך חיונית לתפקוד של קבלי MOS ב-DRAM. כתיבת נתונים כרוכה בהפעלת מתח שיוצר שכבה זו ואחסון המטען במוליך למחצה. מטען מאוחסן זה מייצג נתונים בינאריים, המאפשרים אחסון ושליפה של מידע. הסרת המתח גורמת להתפזרות המטען, לנטרול הערוץ ולשמירה על הנתונים המאוחסנים. מחזור טעינה זה הוא מרכזי בפונקציונליות ובאמינות של DRAM ביישומי מחשוב.