MOS-Kondensator

MIS-Struktur (Metall/SiO₂/p-Si) in einen vertikalen MIS-Kondensator

Der MIS-Kondensator erhält seinen Namen durch den speziellen Aufbau, eine Metall-Isolator-Halbleiter-Struktur. Wie beim MOS-Feldeffekttransistor wird dieser Schichtaufbau aus historischen Gründen auch häufig als MOS-Kondensator bezeichnet. Dabei wird speziell ein Oxid als Isolator-Material vorausgesetzt.

Die maximale Kapazität C_MOS(max) berechnet sich analog zum Plattenkondensator.

$C_\mathrm{MIS(max)}=\varepsilon_0\varepsilon_r \cdot { {A} \over {d} }$

mit:

• ε_r materialspezifischen Dielektrizitätszahl
• ε₀ Dielektrizitätskonstante des Vakuum
• A Fläche
• d Oxiddicke

Die Herstellung erfolgt jenach Materialsystem (es sind auch Polymere als Isolator denkbar) auf unterschiedliche Weise. Als Beispiel soll an dieser Stelle eine MOS-Kondensator auf Basis von Silizium und Siliziumdioxid dienen. Dabei wird auf das Halbleitersubstrat (Substrat) eine dünne Schicht Oxid (Siliziumdioxid) aufgebracht (z. B. thermische Oxidation, oder TEOS-CVD) und anschließend mit einem Metall bedampft.

Die Struktur und somit der Kondensator kommt in jedem MIS-Feldeffekttransistor vor. Für die in der Mikroelektronik stetige Verkleinerung der Strukturen ergibt sich folgender Sachverhalt. Aus der Formel oben folgt, dass sich mit immer dünneren Isolatorschichten die Kapazität erhöht. Diese für alle MIS-Bauelemente wichtige Isolierschicht darf jedoch eine minimale Schichtdicke von 10 nm nicht unterschreiten. Unterhalb dieser Grenze kommt es zu einem Auftreten von Tunnelströmen durch das Isolatormaterial (Dielektrikum), weshalb man derzeit (2009) den Einsatz von sogenannten High-k-Materialien als Isolatormaterial erforscht.