半导体器件

目录:

第一节--半导体基础

第二节--二极管

第三节--晶体管

第四节--MOS电容

第五节--MOS管

第六节--纳米器件

第七节--结型场效应管

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总结页

理想模型

实际模型

MOS电容

!说明,出于计算的连续性的考虑,所有的计算都转移到补充页面以供参考。在主界面只是负责解决半导体概念的问题,不做任何具体的推导,以免妨碍实际的理论模型的构建。

1、理想MOS电容

(1)定义:由金属栅极,氧化层(电隔离)半导体(表面态)构成的三层结构。

能带表示:

(2)半导体表面状态

积累态:载流子积累,对于P型,能带上弯。

平带状态:载流子不变,对于P型,能带水平。

耗尽层:载流子减少,对于P型,能带下弯。

反型态:载流子反型,对于P型,能带下弯至本征费米能级以下。

强反型:载流子强反型,对于P型,能带下弯至费米能级与本征费米能级差与原P型相同。

(3)理想阈值电压及强反型以后的最大耗尽区宽度

阈值电压:强反型时的栅压,即能带反转至与本征能级对称的位置时的栅压。

最大空间电荷区宽度:强反型后的费米式不再变化,外加电压转移至 反型层中少子的迁移,内部没有影响。所以此时的空间电荷区不再变化。

(4)半导体表面电荷及表面势

半导体表面势,就是加在半导体表面的势能。表面电荷就是在氧化层和半导体界面处的电荷。表面电荷可以由氧化层的电压与电容关系求出,表面式则是依靠泊松方程解出来的。

2、实际MOS电容的平带电压及阈值电压

(1)功函数差:金属和半导体的费米能级具有差值,一般是金属低于半导体。

(2)阈值电压:在标准的阈值电压的基础上加上平带电压。一般来说,平带电压为正才能抵消能带差。

(3)氧化层电荷:氧化层中的电荷破坏了氧化层的电容特性,会降低氧化层的电压控制,提高所需的平带电压。

3、MOS结构的电容-电压特性

电容:有氧化层电容和半导体表面电容组成。一般使用归一化电容描述(除以氧化层电容)

电压影响:电压对半导体表面电容有较大的影响,主要体现在表面费米势在标准费米势与强反型费米势之间。对于高频信号,强反型时无法回到正常状态,表面电容不够大。

4、实际MOS的C-V曲线

功函数和氧化层电荷:使电压作用时需要先减去平带电压和氧化层补偿,导致C-V右移。

温度的影响:在室温下测得标准曲线,120下曲线1,反向电压的到曲线2,最后可以得到可动离子电荷的总量。

界面电荷的影响:界面电荷,就是在半导体表面具有表面能级的电荷。表面能级的存在使得其上的为受主型,其下为施主型。界面态在大于标准点时带负电荷,右移;在小于标准点时带正电荷,左移。