第4章MOS场效应晶体管.pdfVIP

第4章MOS场效应晶体管

第4章MOS场效应晶体管

4.1MOS结构与基本性质

4.1.1理想MOS结构与基本性质

MOS结构指金属-氧化物-半导体结构。

为便于讨论，规定在金属栅上所加电压UG相对于P型半导体衬

底为正，称为正向偏置电压;反之则为反向偏置电压。

MOS二极管结构a)透视图b)剖面图

第4章MOS场效应晶体管

1.理想MOS二极管的定义与能带

1）在外加零偏压时，金属功函数与半导体函数之间没

有能量差，或两者的功函数差qφms为零

UG=0时理想MOS二极管的能带图

第4章MOS场效应晶体管

2）在任何偏置条件下，MOS结构中的电荷仅位于半导体

之中，而且与邻近氧化层的金属表面电荷数量大小相

等，但符号相反。

3）氧化膜是一个理想的绝缘体，电阻率为无穷大，在直

流偏置条件下，氧化膜中没有电流通过。

理想MOS二极管不同

偏压下的能带图及

电荷分布

a)积累现象

b)耗尽现象

c)反型现象

第4章MOS场效应晶体管

2.表面势与表面耗尽区

下图给出了P型半导体MOS结构在栅极电压UG0情况

下更为详细的能带图。

第4章MOS场效应晶体管

在下面的讨论中，定义与费米能级相对应的费米势为

因此，对于P型半导体，

对于N型半导体，

静电势ψ的定

义如图所示

第4章MOS场效应晶体管

而空穴和电子的浓度也可表示为ψ的函数

当能带如上图所示向下弯曲时，ψ为正,表面载流子的浓度

分别为

第4章MOS场效应晶体管

通过以上讨论，以下各区间的表面电势可以区分为：

Ψs0空穴积累（能带向上弯曲）；

Ψs=0平带情况；

ΨFΨs0空穴耗尽（能带向下弯曲）；

ΨF=Ψs表面上正好是本征的ns=ps=ni

ΨFΨs反型情况（反型层中电子积累，能带向下弯曲）。

第4章MOS场效应晶体管

电势与距离的关系，可由

一维泊松方程求得

对泊松方程积分，可得表面耗尽区的静电势分布为

表面势ψs为

+

此电势分布与单边PN结相同。

第4章MOS场效应晶体管

3.理想MOS结构的电容-电压特性

MOS结构的总电容C是由氧化膜电容COX与半导体表面

空间电荷区的微分电容C串联组成，如下图所示

d

第4章MOS场效应晶体管

MOS电容等效示意图

在平带条件下对应的总电容称为MOS结构的平带电容CFB

右图表示了P型半

导体MOS结构的理

想C-U曲线

MOS电容-电压曲线

第