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ModernSemiconductorDevicesforIntegratedCircuits(C.Hu)Slide5-1Chapter5MOSCapacitorMOS:Metal-Oxide-SemiconductorSiO2metalgateSibodyVggateP-bodyN+MOScapacitorMOStransistorVgSiO2N+
Slide5-2Thisenergy-banddiagramforVg=0isnotthesimplestone.N+polysiliconSiO2P-SiliconbodyChapter5MOSCapacitorModernSemiconductorDevicesforIntegratedCircuits(C.Hu)Ef,EcEvEvSiBodyGateEcEcEvEf
Slide5-35.1Flat-bandConditionandFlat-bandVoltageE0:VacuumlevelE0–Ef:WorkfunctionE0–Ec:ElectronaffinitySi/SiO2energybarriercSiO2=0.95eV9eVEc,EfEvEcEvEf3.1eVqys=cSi+(Ec–Ef)qygcSiE03.1eVVfbN+-poly-SiP-body4.8eV=4.05eVEcEvSiO2Thebandisflatattheflatbandvoltage.qModernSemiconductorDevicesforIntegratedCircuits(C.Hu)
Slide5-45.2SurfaceAccumulation3.1eVEc,EfEvE0EcEfEvMOSqVgVoxqfsMakeVgVfbisnegligiblewhenthesurfaceisinaccumulation.fs:surfacepotential,bandbendingVox:voltageacrosstheoxideModernSemiconductorDevicesforIntegratedCircuits(C.Hu)
Slide5-55.2SurfaceAccumulationGauss’sLawModernSemiconductorDevicesforIntegratedCircuits(C.Hu)VgVt
Slide5-65.3SurfaceDepletion()gVVfbEc,EfEvEcEfEvMOSqVgdepletionregionqfsWdepqVox----SiO2gateP-Sibody++++++-------V-------depletionlayercharge,Qdep-------ModernSemiconductorDevicesforIntegratedCircuits(C.Hu)
Slide5-75.3SurfaceDepletionThisequationcanbesolvedtoyieldfs.ModernSemiconductorDevicesforIntegratedCircuits(C.Hu)
Slide5-85.4ThresholdConditionandThresholdVoltageThreshold(ofinversion):ns=Na,or(Ec–Ef)surface=(Ef–Ev)bulk,or?A=B,andC=DEc,EfMOSEvEfEiEcABC=qfBEvDqVg=qVtfstModernSemiconductorDevicesforIntegratedCircuits(C.Hu)
Slide5-9ThresholdVoltageoxsfbgVφVV++=Atthreshold,ModernSemiconductorDevices
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