半导体的MOS结构.PDF

第七章 金属/氧化物/半导体（MOS ）结构 第七章 金属/氧化物/半导体（MOS ）结构 本章我们将介绍金属（Metal ）与氧化物绝缘体（Oxide ）、 半导体（Semiconductor）构成的MOS结构相关理论方法，重 点讨论各种偏置电压条件下，MOS结构的能带结构、电容特 性(C-V) 以及影响C-V特性的各种因素及相关理论方法。 MOS结构是研究MOS基器件的基本性能特征和参数，如栅氧 化层厚度、阈值电压、界面态就体缺陷态等的基本器件结构 §7.1 理想的MOS结构 § §7.2 MOS结构的CV特性 § §7.3 非理想（实际）MOS结构 § §7.1 理想MOS结构 § 金属-氧化物(SiO )-半导体(Si) （MOS ）结构是主流半导体 2 器件CMOS的重要组成部分，典型的结构如Al/SiO2/p-Si ， 其基本的能带结构参数如下图所示。 E φ χ + φ + g s B 2q §7.1 理想MOS结构 § 首先讨论p-Si作为衬底的理想的MOS结构。所谓理想的 MOS结构满足如下一些条件： •金属与半导体的功函数相同，即：φ φ M s •氧化层是理想的绝缘体，即电阻率无穷大，没有体电荷 和缺陷态存在； •氧化层与半导体Si界面是理想的界面，即没有界面电荷 和界面态存在； •金属与氧化层界面是理想的界面，没有界面缺陷存在。 §7.1 理想MOS结构 § 热平衡情形能带结构： 理想MOS 的平衡能带图 1）三种材料接触构成MOS结构， 在热平衡情况下Ef =常数，正如 schottky接触或P-N结二极管。 2 ）通过SiO 的电流为0，因此， 2 MOS结构由靠自身结构首先由非平 衡达到平衡的过程将非常漫长，或 对于MOS结构，重要 者需要通过辅助的导电路径，实现 的是了解不同偏置电 热平衡。 压下的能带结构和电 荷分布情形 §7.1 理想MOS结构 § 理想MOS结构在各种偏压（Vg ）下的能带图和电荷分布情况 所加 栅压 电荷分布 §7.1 理想MOS结构 § 在理想的情形，由于在Si中没有净的电流存在，因此，在 各种栅压条件下，Si 内费米能级将保持平直，这意味着 在各种栅压下，半导体都可作为热平衡状态处理。 通常将Si表面电势相对于Si体内电势的变化称为表面势。 在各种栅压条件下，MOS结构的能带将会出现： 积累、平带、耗尽、反型等几种情形。需要了解不同栅压 下，表面势、电荷分布的变化情况。 7.1.1 平带和积累情形 平带情形：表面势为0的情形。 积累情形：Si表面产生多子积累的情形，对P-Si来说，是 空穴积累的情形，Si表面的价带将更靠近费米能级，发 生能带向上弯曲的现象。 §7.1 理想MOS结构 § 7.1.2 耗尽和反型情形