MOSダイオード
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MOSダイオードは、MOS（Metal-Oxide-Semiconductor、金属-酸化物-半導体）構造をもつダイオード[1] である。MOSキャパシタとも呼ばれる。
P型またはN型のシリコンウェハの表面を酸化して絶縁酸化膜（SiO2）を作り、その上に金属ゲート（金属や高濃度にドーピングされたシリコン）を付けた構造をもつ。
MOSキャパシタは、ランダムアクセスメモリ（RAM）やCCDイメージセンサに用いられる。
エネルギーバンド図
p型シリコンMOSキャパシタのエネルギーバンドを考える。熱平衡状態にあるMOSキャパシタでは、金属ゲートと半導体との仕事関数が異なるため、酸化物と半導体表面のバンドが曲がる。その結果フェルミ準位が価電子帯から離れるため空乏層が形成する。
p型MOSキャパシタに負のゲート電圧をかけると、シリコン基板のバンドが平らになる電圧が存在する。このときの電圧
接続前
熱平衡（空乏）
フラットバンド
蓄積
反転
容量-電圧特性
右図にp型シリコンMOSキャパシタの容量とゲート電圧の関係（C-V特性）を示す。
ゲート電圧が負の方向に大きい場合（図の左側）、p型シリコンから酸化膜に向かう電場が生じる。その電場によってp型シリコンの多数キャリアである正孔は酸化膜/p型シリコン界面に溜まった状態となる（蓄積）。ゲート電圧に比例して界面の正孔濃度が変化するため、容量
エンハンスメントモードのNチャネルMOSFETのドレインとゲートを短絡した「ダイオード接続MOS」のことをMOSダイオードと呼ぶことがある。 ダイオード接続MOSは、ノーマリーオフ（エンハンスメントモード）のNチャネルMOSFETのドレインとゲートを短絡したもので、一般のダイオードに似た単方向性のある2極素子として扱うことができるが、原理上動作電位の制限などがある[5]。Vfが、PN接合ダイオードでは約0.6V・ショットキーバリアダイオードはもっと低いが、ダイオード接続MOSでは使用するFETの VGS(th) によって決まる。
MOS集積回路 (IC) 中ではこの他に、バルクと電極の間のいわゆる寄生ダイオードをPN接合ダイオードとして利用することもある。また、似たようなFETの使い方として、ノーマリーオン（depletionモード）のNチャネル接合型FET (JFET) のソースとゲートを短絡し、IDSSを利用するいわゆる定電流ダイオードがある。
参考文献
- S. M. ジー "半導体デバイス―基礎理論とプロセス技術"
- B. L. アンダーソン "半導体デバイスの基礎 （中）"
注
- ^ ダイオードと言ってもこの場合は整流作用がある訳ではなく、ゲート電極とシリコン基板電極と言う二つの電極を持つデバイスと言う意味である。
- ^ B.L.アンダーソン『半導体デバイスの基礎（中）』2012年、488頁
- ^ B.L.アンダーソン『半導体デバイスの基礎（中）』2012年、614頁
- ^ S. M. Szeの Physics of Semiconductor Devices によると、第一版では "nonequilibium condition" と表現されているが(p435)、第二版では "deep depletions" となっている(p372)。
- ^ 両極の動作電位が（正の）電源の前後であれば、Pチャネルを使うようにアレンジするなど。
