器件物理MOSFET .ppt

第六章 金属—氧化物—半导体场  效应晶体管 6.1 理想MOS结构的表面空间电荷区 1.理想MOS结构基于以下假设： （1）在氧化物中或在氧化物和半导体之间的界面上不存在电荷。 （2）金属和半导体之间的功函数差为零. （3）SiO2层是良好的绝缘体，能阻挡直流电流流过。因此，即使 有外加电压，表面空间电荷区也处于热平衡状态，这使得整 个表面空间电荷区中费米能级为常数。 6.1 理想MOS结构的表面空间电荷区 6.1 理想MOS结构的表面空间电荷区 6.1 理想MOS结构的表面空间电荷区 6.1 理想MOS结构的表面空间电荷区 6.1 理想MOS结构的表面空间电荷区 3.VG0 6.1 理想MOS结构的表面空间电荷区 6.1 理想MOS结构的表面空间电荷区 6.1 理想MOS结构的表面空间电荷区 6.1 理想MOS结构的表面空间电荷区 5.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”。 6.1 理想MOS结构的表面空间电荷区 6.2 理想MOS电容器 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。 6.2 理想MOS电容器 MOS系统单位面积的微分电容 微分电容C与外加偏压VG 的关系称为MOS系统的电容—电压特性。 6.2 理想MOS电容器 6.2 理想MOS电容器 6.2 理想MOS电容器 对于理想MOS系统，绝缘层单位面积电容： ? 6.2 理想MOS电容器 将电容随偏压的变化分成几个区域，变化大致情况如图6-7所示。 6.2 理想MOS电容器 积累区（ VG0 ）(以n衬底为例） 直流O-S界面积累多子，多子在10-10-10-13秒的时间内达到平衡。加交变信号，积累电荷的改变量ΔQ，只在界面附近变化，因此MOS电容相当于平板电容器 6.2 理想MOS电容器 MOS系统的电容C基本上等于绝缘体电容C0。当负偏压的数值逐渐减少时，空间电荷区积累的电子数随之减少，并且Qs随?s 的变化也逐渐减慢，Cs 变小。总电容 C也就变小。 6.2 理想MOS电容器 平带情况（ VG =0） 6.2 理想MOS电容器 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。 6.2 理想MOS电容器 6.2 理想MOS电容器 在耗尽区xd随VG的增大而增大，所以C随VG的增大而减小 VG从0→VT，xd从0 →xdm，Cdep从CO →CT 6.2 理想MOS电容器 氧化层电容 6.2 理想MOS电容器 6.2 理想MOS电容器 反型： 出现反型层以后的电容C与测量频率有很大的关系，在测量电容时，在MOS系统上施加有直流偏压VG,然后在VG之上再加小信号的交变电压，使电荷QM变化，从而测量C. 6.2 理想MOS电容器 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 例1： 例2理想MOS-C结构的C-V特性图和能带图如下图所示，则与C-V特性图上各点对应的能带图为 例3 下图是一个工作在T=300K、VG?0的理想MOS电容能带图，在硅-二氧化硅界 面处EF=Ei。 （1）?F=？ （2）? s=？ （3）VG=? (4) 画出对应于该能带图的电荷块分布图。 （5）画出所给MOS电容的低频C-V特性曲线的大致形状，用符号?大致标出与该能带图所给状态对应的点。 6.2 理想MOS电容器 例4.T=300K下的理想MOS电容，x0=0.2?m,其能带图如图所示。所施加的栅极偏压使得能带弯曲，在Si-SiO2界面EF=Ei。回