Understanding MOS Capacitor: Simple Model and Limitations

MOS 커패시터는 다양한 작동 모드에서 전하 계산과 전압 적용을 통해 필수 특성을 결정합니다.

### MOS 커패시터 이해하기: 기본 사항 및 작동 모드
* 📚 이 강의에서는 학부 과정에서 배운 이론을 복습하면서 **MOS 커패시터에 대한 개요**부터 시작하겠습니다.
* 🔍 복잡한 수학적 파생물을 다루지 않고 기본 개념에 초점을 맞춰 **MOS 커패시터의 간단한 모델**을 정의하고 그 한계에 대해 논의합니다.
* ⚙ 금속, 산화물, 반도체로 구성된 MOS 커패시터는 **밴드 다이어그램과 에너지 레벨**을 이해하는 데 매우 중요하며, 학술 교육 중에 실습을 진행했습니다.
* ⚡ 금속 작업 함수와 반도체 사이의 전위차는 대역 굽힘에 영향을 미치며, MOS 커패시터를 분석하는 데 필수적이며 **플랫 밴드 전압(V_fb)의 정의**로 이어집니다.
* 🔄 축적 모드, 고갈 모드, 반전 모드의 세 가지 작동 모드를 살펴보고 각 시나리오에서 **게이트 전압이 전하 분배에 어떤 영향을 미치는지** 자세히 살펴봅니다.
* 📈 축적 모드에서는 **음의 게이트 전압이 정공을 인터페이스로 끌어당기고**, 고갈 모드에서는 **양의 게이트 전압이 정공을 밀어내어 고정 전하를 노출**시킵니다.
* 🔄 반전 모드에서 강한 양의 게이트 전압을 인가하면 **MOSFET 작동에 중요한 전자가 풍부한 영역**이 형성됩니다.
* 🔍 마지막으로, 이상적인 단순 모델과 실제 실험 결과 사이의 불일치를 해결하여 **MOS 커패시터 동작을 정확하게 설명하기 위한 고급 모델**의 필요성을 강조합니다.

[고급소자물리 | MOS | 1.1] #학부 때 배운 MOS capacitor 한번에 요약 #simple model의 한계

넓고 얕은 "반도체 물리" 이야기.
반도체 물리&소자&공정 관련 지식들을 최대한 쉽고 간결하게 전달하는 것을 목표로 합니다.


[물리전자공학] : 고체내에서 전자의 움직임을 물리적으로 이해하는 강의입니다.
'기초반도체공학' 강의를 이해하기 이한 준비과정입니다. 
교재 : Semiconductor Physics and Devices (Donald A. Neamen), Chapter 1~6

[기초반도체공학] : 반도체소자 이론을 처음 배우는 학부생을 대상으로 하는 강의입니다.
pn junction, metal-semiconductor (MS) junction, MOS capacitor, MOSFET 에 대해 배웁니다.
교재 : Semiconductor Physics and Devices (Donald A. Neamen), Chapter 7~11

[기초반도체공정] : 기초수준의 반도체 공정 원리를 이해해보는 강의입니다.

[메모리반도체소자] : SRAM, DRAM, Flash 등 메모리반도체소자의 동작 원리에 대해 배웁니다. (아직 강의가 미완성입니다)

[고급소자물리] : 대학원 수준의 반도체소자물리 강의입니다. 
'기초반도체공학' 강의 내용보다 심화된 대학원 수준의 MOSFET 이론을 배웁니다.

[반도체소자 측정장비] : 반도체소자의 전기적 특성을 평가하기 위한 여러 측정장비의 사용방법에 대해 다룹니다.
소자 관련 연구를 수행하는 대학원생을 대상으로 하는 강의입니다.

[기초 아두이노] :  아두이노 및 다양한 센서들의 기초적인 사용방법을 배우는 강의입니다.
코코아팹의 지니어스키트 스타터팩을 사용하여 강의를 진행합니다. 


[연구실 홈페이지] :
https://sites.google.com/view/sunghogroup


Sungho Kim

MOS 캐패시터 이론 복습 및 심플 모델의 한계점 소개

써모 스케 패스터에 대한 강의 시작

학부 때 배웠던 MOS 캐패시터 이론 복습

디테일한 수식 전개 과정 생략 및 기초 반도체공학 강의 링크 안내

MOS 캐패시터 구조와 에너지 밴드 다이어그램 설명

MOS 캐패시터 동작 특성 결정 공식 및 정성적 해석

MOS 캐패시터 동작 특성을 결정하는 중요 공식 소개

게이트 전압의 역할에 대한 정성적 설명

옥사이드에 걸리는 전압과 실리콘 쪽 차지(Qs)의 관계 설명

실리콘 밴드 밴딩(ψs)의 의미와 중요성 강조

MOS 캐패시터의 세 가지 동작 모드 분석 (축적, 핍박, 반전)

어큐뮬레이션, 디플레이션, 인벌전 모드에 대한 설명

각 모드에서의 캐리어 거동과 전압 조건 설명

심플 모델(각 모드를 나누어 해석한 모델)의 개념 설명

어큐뮬레이션 모드 정의 및 조건 설명

홀 농도와 표면 포텐셜의 관계 설명

표면 포텐셜 변화가 거의 없다는 학부 가정 설명

어큐뮬레이션 모드에서의 Qs 유도 결과 제시

디플레이션 모드 정의 및 조건 설명

디플레이션 영역에서의 전하량(Qdepletion) 유도

심플 모델의 한계점(인버전 전하 무시) 지적

인버전 모드 상세 분석 및 심플 모델 요약

인버전 모드 정의 및 전자 농도(ns) 설명

인버전 모드에서의 Qs 변화 설명

인버전 모드에서의 ψs와 Qinversion 계산

심플 모델 요약 및 세 가지 모드에서의 ψs와 Qs 변화 정리

디플레이션 영역 폭과 Qdepletion의 관계 설명

전체 Qs 값을 세 가지 모드의 전하량 합으로 표현

게이트 전압에 따른 Qs 변화 경향 제시

CV 특성(커패시턴스-전압 특성) 유도 및 설명

심플 모델과 실제 측정 결과의 차이점 및 그 원인 분석