Die Metall Isolator Halbleiter Struktur engl metal insulator semiconductor kurz MIS bildet die Grundlage fur eine Vielzahl von Bauelementen in der Mikroelektronik z B Feldeffekttransistoren CCD Sensoren aus welchen sich wiederum erweiterte Anwendungen ergeben z B Mikroprozessoren MIS Struktur Metall SiO2 p Si in einem vertikalen MIS KondensatorDie Struktur besteht aus einem Trager meist reines Silizium und einer daruber befindlichen Metallschicht Diese beiden Schichten werden durch eine dunne Isolatorschicht getrennt Es bildet sich ein Kondensator Als Isolatoren werden derzeit 2008 hauptsachlich Siliciumdioxid seltener auch Siliciumnitrid verwendet Da hierbei ein Oxid Siliciumdioxid SiO2 als Isolator eingesetzt wird spricht man auch von MOS Strukturen Typische Anwendungsbeispiele sind der MIS Kondensator und der MOS Feldeffekttransistor Arbeitszustande BearbeitenDie MIS Struktur ist ein wesentlicher Teil eines MIS Transistors wobei der Metallanschluss der Gate Elektrode beim MIS Transistor entspricht und der Halbleiter dem Substrat Als Gatespannung U G displaystyle U mathrm G nbsp bezeichnet man die vom Gate zum Substratanschluss abfallende Potenzialdifferenz Ausserdem befinden sich im Isolator von der ausseren Spannung grosstenteils unabhangige meist positive Ladungstrager welche bei der Dimensionierung von Bauelementen berucksichtigt werden mussen In Abhangigkeit von der anliegenden Spannung U G displaystyle U mathrm G nbsp unterscheidet man folgende Zustande Alle Angaben gelten fur ein p dotiertes Substrat Thermodynamisches Gleichgewicht Liegt keine Gatespannung an U G 0 V displaystyle U mathrm G 0 mathrm V nbsp so existieren im Allgemeinen im Inneren der Struktur bereits Ladungen Ahnlich wie bei einer Schottky Diode kommt es im thermischen Gleichgewicht zu einem Ausgleich der unterschiedlichen Fermi Niveaus was zu einem als Kontaktpotenzial bezeichneten Spannungsunterschied fuhrt Da das Fermi Niveau des Metalls im Allgemeinen hoher liegt als das des Halbleiters bilden sich an der Grenzschicht zwischen Metall und Isolator positive und dem entgegengesetzt an der Grenzschicht zwischen Isolator und Halbleiter negative Ladungen aus Da die zum Metall gesehene Ladungstragerdichte des Halbleiters relativ gering ist bildet sich eine Raumladungszone aus Der Spannungsabfall uber die MIS Struktur teilt sich linear auf das Oxid und quadratisch auf die Raumladungszone auf Flachbandfall Gleicht man das Kontaktpotenzial und den Spannungsabfall uber das Oxid durch eine bestimmte schwache Vorspannung aus so verschwindet die Raumladungszone und man spricht vom Flachbandfall und der angelegten Flachbandspannung U F B displaystyle U mathrm FB nbsp Die Bezeichnung kommt daher dass im Bandermodell keine Krummung mehr zu erkennen ist Das Vorzeichen und die Grosse der fur den Flachbandfall notwendigen Spannung ist dabei abhangig von Gate Material und auch vom verwendeten Halbleiter Anreicherung Bei einer grossen negativen Vorspannung U G 0 V displaystyle U mathrm G ll 0 mathrm V nbsp sammeln sich Majoritatsladungstrager an der Halbleiteroberflache Halbleiter Isolator Grenzflache an Diesen Zustand bezeichnet man als Anreicherung Akkumulation Verarmung Eine Erhohung der angelegten Spannung uber die Flachbandspannung U G gt U F B displaystyle U mathrm G gt U mathrm FB nbsp fuhrt zu einer Verringerung der Majoritatsladungstrager im Bereich der Halbleiter Isolator Grenzflache diesen Zustand bezeichnet man als Verarmung depletion Dabei vergrossert sich die vertikal gebildete Raumladungszone im Silizium Inversion Sobald durch die angelegte Spannung die Minoritatendichte die Majoritatendichte an der Halbleiter Isolator Grenzflache ubersteigt spricht man von Inversion Hierbei unterscheidet man zwischen schwacher Inversion und starker Inversion Bei starker Inversion entsteht im Halbleiter an der Grenze zum Isolator ein Elektronenkanal in dem n Leitung moglich ist Dieser Effekt wird beim MIS Transistor genutzt Die Ladung der sich im Elektronenkanal befindlichen Elektronen verkleinert die vertikal gebildete Raumladungszonen gegenuber dem Verarmungsfall Literatur BearbeitenEkbert Hering Klaus Bressler Jurgen Gutekunst Elektronik fur Ingenieure und Naturwissenschaftler Springer Verlag 2014 ISBN 3 642 05499 4 S 132 Weblinks BearbeitenGenaue Erklarung der MOS Struktur Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Metall Isolator Halbleiter Struktur amp oldid 225315873
