- Estructura MOS
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Básicamente, la estructura MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) consiste en un condensador, una de cuyas armaduras es metálica y llamaremos "puerta"; el dieléctrico se forma con un óxido del semiconductor del sustrato, y la otra armadura es un semiconductor, que llamaremos sustrato.
Contenido
Capacidad MOS
En un condensador de capacidad C, aparece una carga Q, dada por la expresión: Q=C·V, donde V es la tensión entre armaduras. En el condensador MOS, la tensión entre la puerta y el sustrato hace que adquiera la carga Q, que aparece a ambos lados del óxido. Pero en el caso del semiconductor esto significa que la concentración de portadores bajo la puerta varía en función de la tensión aplicada a ésta.
Imaginemos que tenemos el sustrato de silicio tipo p, es decir, conteniendo un exceso de huecos. Lo conectamos a 0 V, y tenemos la puerta también conectada a 0 V. En estas condiciones, no existe una variación en la concentración de huecos. Cuando vamos aumentando la tensión de puerta, el condensador se va cargando, con carga positiva en la parte de la puerta y negativa en el sustrato que, en nuestro caso de semiconductor p, significa que el número de huecos va disminuyendo hasta alcanzar la carga correspondiente a la tensión de puerta. Este modo de funcionamiento se llama deplexión, vaciamiento o empobrecimiento. Podemos continuar aumentando la tensión de puerta hasta que ya no queden huecos en la banda de conducción y el sustrato bajo la puerta se vuelve aislante.
Pero, si continuamos aumentando todavía más la tensión, el condensador MOS necesita más carga, que los huecos ya no pueden proporcionarle, por lo que aparecen electrones en la banda de conducción, a pesar de ser el sustrato tipo p. Este fenómeno se llama inversión y permite formar canales tipo n dentro de semiconductores p. Cuanto más aumentamos la tensión, mayor carga introducimos y más avanza la capa de inversión dentro del sustrato, con lo que la zona bajo la puerta se va haciendo cada vez más conductora.
Volvamos a poner la puerta a 0 V y vayamos polarizándola con valores negativos. Ahora la carga en el sustrato es positiva y el número de huecos aumenta, con lo que la conductividad, también. Este modo de funcionamiento se llama de acumulación o enriquecimiento, pues se aumenta el número de portadores.
Cargas en el óxido
La descripción anterior es teórica y no se ajusta al caso real, debido a que durante el proceso de fabricación diversas cargas quedan atrapadas en el óxido que forma la estructura MOS. Esta carga es independiente de la tensión que se aplique a la puerta, pero influye sobre el comportamiento de la estructura, ya que se debe polarizar la puerta para compensar esta carga antes de que el condensador MOS se comporte como se ha descrito en el párrafo anterior.
Estas cargas han sido un quebradero de cabeza para los diseñadores de circuitos integrados MOS, pues varían incontroladamente sus condiciones de funcionamiento. En circuitos digitales, se suaviza el problema usando tensiones de alimentación elevadas, que se han ido reduciendo al poder controlar mejor la cantidad de carga atrapada.
Modificando esta carga se varía la tensión a la que se produce la inversión, de forma que se tiene estructuras que a cero voltios tienen resistencia elevada, mientras que otras la tienen reducida.
Variaciones
Aunque el dióxido de silicio es un buen dieléctrico y se obtiene oxidando el sustrato, existen otras estructuras similares con otros aislantes, constituyendo la estructura MIS (Metal-Insulator-Semiconductor). También puede haber varias capas de dieléctricos diferentes, como en el caso de las celdas MIOS.
Aplicaciones
La estructura MOS es de gran importancia dentro de los dispositivos de estado sólido pues forma los transistores MOSFET, base de la electrónica digital actual. Pero, además, es el pilar fundamental de los dispositivos de carga acoplada, CCD, tan comunes en fotografía. Así mismo, funcionando como condensador es responsable de almacenar la carga correspondiente a los bits de las memorias dinámicas.
También se utilizan como condensadores de precisión en electrónica analógica y microondas.
Véase también
- Transistor MOSFET
- Estructura MIOS
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