Condensador MOS: ¿por qué la capacitancia total es solo la capacitancia de óxido C_ox?

Es importante recordar que la capacitancia de un capacitor MOS es la capacitancia diferencial. En un capacitor "normal", puede calcular la capacitancia dividiendo la carga por el voltaje. Pero aquí nos referimos a la derivada de la carga con respecto al voltaje. La capacitancia diferencial nos dice cuánto cambiará el voltaje si agregamos o restamos una pequeña cantidad de carga.

El modo de agotamiento es el extraño. Como dijiste, tomas las capacidades de óxido y agotamiento en serie. Haces esto porque la adición o eliminación de cargas ocurre en el borde de la región de agotamiento. El espesor del capacitor es el óxido más la región de agotamiento.

Pero tanto en el modo de acumulación como en el de inversión, las cargas adicionales se agregan o eliminan justo debajo del óxido, en la superficie del semiconductor, no en el borde de la región de agotamiento. Entonces, el grosor de la región de agotamiento no tiene efecto.

En la inversión, tiene una región de agotamiento, pero puede ignorarla al calcular la capacitancia porque todas esas cargas en la región de agotamiento permanecen sin cambios cuando varía el voltaje dentro del modo de inversión. No afectan la capacitancia diferencial ya que son constantes.

Concepto principal: Las líneas de campo eléctrico pueden comenzar con una carga +ve y terminar con una carga -ve.

Con eso en mente:

• Acumulación: la capacitancia es Cox ya que las cargas de la región de difusión no entran en juego. El voltaje negativo empuja los electrones libres en el material de tipo n dejando atrás una impureza donante estacionaria con carga neta +ve. Las líneas de campo que van desde este ion positivo terminan en el otro lado de la puerta que es negativa. El espesor de la placa del capacitor es el espesor de la puerta.

• Agotamiento: los electrones expulsados ​​​​anteriormente todavía están lejos de la puerta, pero a medida que el voltaje se vuelve más positivo, algunos se dirigen a los iones que neutralizan esta carga (depositados muy cerca debajo de la puerta). Cuando el voltaje de la puerta se vuelve positivo, las líneas de campo comienzan en la parte superior y buscan terminar en algún lugar del volumen, pero esas terminaciones se encuentran más adentro del volumen en promedio. Es como si las placas fueran empujadas más y más separadas, por lo que en esta región la capacitancia sigue disminuyendo.

• Inversión en el umbral: el canal se invierte, lo que significa que ahora hay muchos portadores (electrones) disponibles y las líneas de campo pueden terminar en esos puntos, esencialmente justo debajo de la puerta. Por lo tanto, el espesor de la placa se reduce al espesor del óxido y la región de difusión deja de desempeñar un papel. La capacitancia se recupera.