5.2 표면 축적(Surface Accumulation)

5.2 표면 축적 

그림 1. MOS 커패시터와 밴드 다이어그램

 

 

 > Vg가 Vfb보다 음의 값을 가지면 그림 1과 같이 Gate 쪽의 밴드 다이어그램은 위로 밀려난다. 

 

 > (에너지 밴드 다이어그램을 그릴 때  일반적으로 정확한 스케일은 따르지 않는다)

 

 > Ec가 위로 휘면 ∅_s는 음의 값을 갖고 아래로 휘면 양의 값을 갖는다.  

 

 > Vox는 산화막을 가로질러 형성되는 전위차이다. 

 

 > SiO2의 에너지 밴드가 Gate를 향해 위로 올라가는 기울기를 가지면 Vox는 음의 값, 반대의 경우 양의 값을 갖는다. 

 

 > Si 표면의 Ev값이 Ef에 가깝기 때문에 포면에서의 정공 농도 p_s는 Bulk에서의 정공 농도 Na 보다 높다. 

 

 > p_s을 수식적으로 표현하면 다음과 같다. 

 

 

 > ∅_s는 -100~200mV 정도로 p_s >> Na으로 Si 표면에 매우 많은 정공이 존재한다. 

 

 > 이 정공들을 축적층 정공이라고 하며 전하로 환산한 양을 축적 전하 Qacc 라고 한다. 

 

 > Gate 전압은 다음과 같이 정의될 수 있으며 표면 축적 상태에서 ∅_s는 매우 작아 무시될 수 있다. 

 

 > 가우스 법칙을 사용하면 산화막의 커패시턴스 Cox 를 얻을 수 있다. 

 

 > 해당 식으로 Q=CV 식을 따르고 전압은 V에서 Vfb만큼 이동한 전압이 인가된 커패시터와 같이 동작한다. 

 

> 기판 내에 존재하는 총 전하량 Qsub으로 표현할 수 있다. 

Reference 

-. Chenming Calvin Hu, Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits, PEARSON(2013)