《第十六章MOS结构基础.ppt

第十六章 MOS结构基础 本章作业：16.1, 16.4, 16.8, 16.9, 16.13,16.15 16.2静电特性-定性描述 2外加偏置的影响 正常情况下，MOS电容背面接地，VG定义为加在栅上的直流偏置。 由于在静态偏置条件下没有电流流过器件，所以费米能级不受偏置的影响，且不随位置变化。 半导体体内始终保持平衡，与MOS栅上加电压与否无关 所加偏置VG引起器件两端费米能级移动：EFM-EFS=-qVG VG?0导致器件内部有电势差，引起能带弯曲。金属是等势体，无能带弯曲。绝缘体中的电场为匀强电场，电势和电势能是位置x的线性函数， VG? 0，绝缘体和半导体中的能带向上倾斜，反之，向下倾斜。 在半导体体内，能带弯曲消失。 特殊偏置区域 n型半导体 VG0 ,能带图如（a)所示，根据 在O-S 界面附近的电子浓度大于半导体体内的浓 度，称为“积累”。 VG0, (较小负偏置），电子的浓度在O-S界面附近降低，称为电子被“耗尽”，留下带正电的施主杂质。 若负偏电压越来越大，半导体表面的能带会越来越弯曲，在表面的空穴浓度越来越多，增加到图16.（e),(f)所示情况时：ps=ND, VG=VT时，表面不再耗尽，反型和耗尽的转折点 VGVT时, 表面少数载流子浓度超过多数载流子浓度，这种情况称为“反型”。 ?F的正负和大小与Si衬底的导电类型和掺杂浓度有关 16.3 静电特性-定量公式 1半导体静电特性的定量描述 目标：建立在静态偏置条件下，理想MOS电容内部 的电荷?，电场E和电势? 金 属： M-O界面电荷分布在金属表面 几?范围内 ?=δ， E=0 ，?=常数 绝缘体： ?=0， E=Eox ，Δ?=Eoxx0 半导体：体内E=0处 ?=0 半导体中耗尽层宽度 栅电压关系 外加栅电压VG，部分降落在半导体中， 部分降落在SiO2层中 VG=Δ?semi+Δ?ox Δ?semi=?(0)-?(w)=?s-0= ?s VG=?s+ Δ?ox 转化为确定Δ?ox与?s的关系 16.4 电容-电压特性 MOS中无直流电流流过，所以MOS电容中最重要的特性就是C-V特性，把理想C-V特性曲线和实测C-V曲线比较，可以判断实际MOS电容与理想情况的偏差。而且在MOS器件制备中，MOS电容的C-V特性检测也常作为一种常规的工艺检测手段。 本节的目标讨论低频、高频条件下MOS电容的C-V特性 耗尽： 栅上有-Q电荷，半导体中有+Q的受主杂质ND+，ND+的出现是由于多子被排斥，因此器件工作与多子有关，仍能在10-10-10-13秒内达到平衡，交流信号作用下，耗尽层宽度在直流值附近呈准静态涨落，所以MOS电容看作两个平板电容器的串联。 反型 直流偏置使W=WT，O-S界面堆积很多少子，少子的产生过程很慢。在交流信号作用下 平衡栅电荷的变化→少子电荷的变化， → 耗尽层宽度的变化， 究竟哪一种电荷起主要作用呢？ 低频??0， 少子的产生和消除跟得上交流信号的变化，此时如同在积累情况 高频?→?： 少子的变化跟不上交流信号的变化，此时少子的数目固定在直流时的值，主要依靠耗尽层宽度的变化来平衡栅电荷的变化，类似于耗尽偏置 2、计算和测试 ?耗尽近似特性是一个对实际情况的一阶近似，但在积累与耗尽，耗尽与反型的过渡区，不能用?耗尽近似，需对电荷的分布进行精确的分析 3实际测量结果 深耗尽 MOS处于积累和耗尽偏置时，是多子在工作，响应速度快。 MOS处于反型偏置时，需大量少子来平衡栅电荷的变化。在栅电压进入反型偏置之前，MOS结构中没有少子，少子必须在半导体表面附近产生，这种产生过程是相当慢的，而且产生的少子不够平衡栅电荷，此时耗尽区宽度变得比WT大，来补偿缺少的少数载流子。 作业16.7 作业16.10 课堂讲解16-12, 本章作业16-1，4，8，9, 13, 15 图16.10栅电压与半 导体表面势的关系 结论： 积累和反型时，?s的很小变化需要较大的栅压变化。 耗尽时， ?s随 VG变化很快。 反型 积累 耗尽 Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.