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El óxido de compuerta es la capa dieléctrica que separa el terminal de compuerta de un MOSFET (transistor de efecto de campo de metal-óxido-semiconductor) de los terminales de fuente y drenaje subyacentes, así como del canal conductor que conecta la fuente y el drenaje cuando se enciende el transistor. El óxido de compuerta se forma por oxidación térmica del silicio del canal para formar una capa aislante delgada (5 - 200 nm) de dióxido de silicio . La capa aislante de dióxido de silicio se forma a través de un proceso de oxidación autolimitante, que se describe en el modelo de Deal-Grove . Posteriormente, se deposita un material de compuerta conductor sobre el óxido de compuerta para formar el transistor. El óxido de compuerta sirve como capa dieléctrica para que la compuerta pueda soportar un campo eléctrico transversal de hasta 1 a 5 MV/cm para modular fuertemente la conductancia del canal.
Por encima del óxido de la compuerta 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, MoSi2 , TaSi o WSi2 ) 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 compuerta (la dirección transversal al flujo de corriente) se denomina ancho físico de compuerta. El ancho físico de compuerta 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 compuerta.
Las propiedades eléctricas del óxido de compuerta son fundamentales para la formación de la región del canal conductor debajo de la compuerta. En los dispositivos de tipo NMOS, la zona debajo del óxido de compuerta es una fina capa de inversión de tipo n en la superficie del sustrato semiconductor de tipo p . Es inducida por el campo eléctrico del óxido a partir del voltaje de compuerta aplicado V G . Esto se conoce como el canal de inversión. Es el canal de conducción que permite que los electrones fluyan desde la fuente hasta el drenador. [2]
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 estrés .
Durante la fabricación mediante grabado de iones reactivos, el óxido de la compuerta puede dañarse por el efecto de antena .
En 1955, Carl Frosch y Lincoln Derrick crearon accidentalmente una capa de óxido sobre silicio en los Laboratorios Bell y patentaron su método. [3] En 1957, Frosch y Derrick eran conscientes de la pasivación de la superficie por dióxido de silicio y fabricaron el primer óxido de compuerta para transistores. [4] En 1987, Bijan Davari dirigió un equipo de investigación en el Centro de Investigación Thomas J. Watson de IBM que demostró el primer MOSFET con un espesor de óxido de compuerta de 10 nm , utilizando tecnología de compuerta de tungsteno . [5]