El óxido de compuerta es la capa dieléctrica que separa el terminal de compuerta de un MOSFET (transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico) de los terminales de fuente y drenaje subyacentes, así como el canal conductor que conecta la fuente y el drenaje cuando se enciende el transistor. . El óxido de puerta se forma mediante oxidación térmica del silicio del canal para formar una fina capa aislante (5 - 200 nm) de dióxido de silicio . La capa aislante de dióxido de silicio se forma mediante un proceso de oxidación autolimitante, que se describe mediante el modelo de Deal-Grove . Posteriormente se deposita un material de puerta conductor sobre el óxido de puerta para formar el transistor. El óxido de la puerta sirve como capa dieléctrica para que la puerta pueda soportar un campo eléctrico transversal de hasta 1 a 5 MV/cm para modular fuertemente la conductancia del canal.
Por encima de la puerta de óxido hay una fina capa de electrodo hecha de un conductor que puede ser aluminio , un silicio altamente dopado , un metal refractario como el tungsteno , un siliciuro (TiSi, MoSi 2 , TaSi o WSi 2 ) o un sándwich de estas capas. Este electrodo de compuerta a menudo se denomina "metal de compuerta" o "conductor de compuerta". El ancho geométrico del electrodo conductor de la compuerta (la dirección transversal al flujo de corriente) se denomina ancho físico de la compuerta. El ancho de la puerta física puede ser ligeramente diferente del ancho del canal eléctrico utilizado para modelar el transistor, ya que los campos eléctricos marginales pueden ejercer una influencia en los conductores que no están inmediatamente debajo de la puerta.
Las propiedades eléctricas del óxido de la puerta son críticas para la formación de la región del canal conductor debajo de la puerta. En los dispositivos de tipo NMOS, la zona debajo del óxido de puerta es una fina capa de inversión de tipo n sobre la superficie del sustrato semiconductor de tipo p . Es inducido por el campo eléctrico de óxido procedente del voltaje de compuerta aplicado VG . Esto se conoce como canal de inversión. Es el canal de conducción que permite que los electrones fluyan desde la fuente hasta el drenaje. [1]
La sobrecarga de la capa de óxido de la compuerta, un modo de falla común de los dispositivos MOS , puede provocar la ruptura de la compuerta o una corriente de fuga inducida por tensión .
Durante la fabricación mediante grabado con iones reactivos, el óxido de la puerta puede dañarse por el efecto de la antena .
El primer MOSFET (transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico, o transistor MOS) fue inventado por el ingeniero egipcio Mohamed Atalla y el ingeniero coreano Dawon Kahng en Bell Labs en 1959. [2] En 1960, Atalla y Kahng fabricaron el primer MOSFET con un espesor de óxido de puerta de 100 nm , junto con una longitud de puerta de 20 µm . [3] En 1987, Bijan Davari dirigió un equipo de investigación de IBM que demostró el primer MOSFET con un espesor de óxido de puerta de 10 nm , utilizando tecnología de puerta de tungsteno . [4]