5.6 MOS 커패시터의 C-V 특성(C-V Characteristics of MOS Capacitor)

5.6.0 MOS 커패시터의 C-V 특성

그림 1. MOS Capacitor (a) 축적 (b) 공핍 (c) 반전  (d) 반전 전하 공급 없는 경우

 

 

 > MOS C-V 측정은 Gate 산화막의 두께, 기판의 농도, Vth 및 Vfb를 구할 때 많이 사용된다. 

 

 > Gate 전압 Vg에 따라 C-V Curve를 구분할 수 있다.

 

 > 축적 영역에선 MOS 커패시터는 그림 1. (a)와 같이 Cox(산화막) 값을 갖는 커패시터이다. 

 

 > Vg가 더 가해지면 공핍 영역이 생기면서 Cox와 Cdep(공핍층)이 직렬로 연결된 두 개의 커패시터로 나타낸다. 

 

 > AC 소신호 전압이 인가되면 공핍층 두께 Wdep가 해당 주파수에서 약간의 변화가 있다.

 

 > 이에 따라 AC 전하는 공핍층 하단에서 나타단다. 

 

 > Gate 전압이 Flat Band 전압 Vfb보다 증가하면 Wdep가 확장을 하고 Cdep 감소하면서 전체 C도 감소한다. 

 

 > 그림 1. (c)는 Vg가 Threshold Voltage Vth 넘어가면서 Si-SiO2 계면에서 반전층이 존재한다. 

 

 > 이때 반전층은 커패시터의 하부 전극으로 기능한다. 

 

 > 따라서 C의 값은 그림 2 상단부 곡선처럼 감소된 C값에서 Vt 이후로 Cox까지 다시 올라간다. 

그림2. MOS C-V 특성 곡선

 

 > 해당 C-V 곡선을 준 정적(Quasi Static) C-V Curve라고 하며 Qinv이 AC 신호에 주파수가 낮은 것처럼 반응하기 때문이다. 

 

 > 그림 1. (d)처럼 전자를 공급해 주는 Soure&Drain이 없으면 충분한 전자 공급되지 못하고 매우 느린 열 에너지로 발생하는 전자들이 생성된다. 

 

 > AC 신호에 변화에 반응하지 못하여 DC 상태로 머물게 되고 공핍층 밑에 형성되는 전하들은 AC 신호에 반응하게 된다.

 

 > 따라서 그림 2의 하단 곡선으로 표현되고 이를 고주파 C-V(HF C-V) Curve라고 한다. 

 

Reference 

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