第五章-1-MOS电容分析课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,,*,《,半导体器件,》,中国计量学院光电学院,单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,*,《,半导体器件,》,中国计量学院光电学院,单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,,*,第五章,MOS,电容,,中国计量学院光电学院,为什么要介绍MOS电容？,,随机存储器,RAM,的电荷存储元件,,频繁的应用于线性电路和数字电路中,,现代电子器件,MOSFET,，就是建立在,MOS,的基础之上,集成电路结构,,,为什么有,P+,？,氧化层的厚度为什么不一样？,栅氧,场氧,C-V曲线,,,剖面图,能带图,,,有效栅压,硅衬底中的能带弯曲量,,是,MOS,电容特性中一个非常重要的参数,,表面势是相对于硅衬底的体势能的一个参考能级,,注意与功函数的区别！,,,——,表面势,积累模式,在积累模式，表面势的改变相较于栅压的改变量是可以被忽略的,,这意味着栅压的任何变化的绝大部分都会穿过氧化层,,电容等于栅氧电容，与栅压独立。

外加一个较小的正有效栅压,剖面图,能带图,耗尽模式,耗尽层电容依赖于外加电压,,更大的栅电压会产生一个更宽的耗尽层，电容也就越小,,随着栅压的增加，整体电容会减小,,,——MOS,电容的这种工作模式称为耗尽模式,耗尽模式,,表面势紧随着栅压的改变而改变,,这表示几乎整个栅压的改变量都落在了半导体表面的耗尽层,,耗尽层仿佛是栅氧之外附加的一个电介质层,,耗尽层电容与氧化层电容串联在一起，整个,MOS,电容为,,C-V,曲线,特征点,V,MG,这个特征点可以用能带图来解释,,特征点,特征点,V,MG,栅压增加超过平带电压后，沿着价带顶与费米能级之间差异增加的方向产生了能带的弯曲,,这种情形是与表面的空穴减少（甚至最终消除）相联系的,,能带弯曲的结果是使禁带中央（,Ei,线）接近费米能级特征点就是当禁带中央,Ei,线恰好与表面处的费米能级相交的点,,特征点,V,MG,在特征点处，硅衬底的表面处于本征硅的情形下,,当能带的弯曲大于它时，禁带中央,Ei,线在某一点会穿过费米能级，使得费米能级相较于离开价带顶的距离而言更接近于导带底,,这意味着电子（,P,型衬底中的少子）的浓度大于硅表面空穴的浓度,——,在表面产生了一个反型层,费米能级的变化表示了什么？,弱 反 型,,注意,反型层中的电子（,P,型区中的少子）来自于热产生的电子,-,空穴对。

由于热产生是一个很缓慢的过程，电子无法快速的响应栅压的改变因此当栅信号的频率高于,100Hz,时，所描述的这种电容的增加无法观察到高频电容由所能达到的最大耗尽层宽度决定能带图,剖面图,强反型,在强反型中，栅压的变化不会导致表面势的显著变化,,这即是说，表面势有一个固定值,,方便起见， 我们假设在强反型模式下,,,,,使表面势达到,的栅压被定义为阈值电压,阈值电压,强反型的,C-V,曲线,半导体的功函数,,对于半导体而言，功函数依赖于？,,掺杂类型和掺杂水平,,因为费米能级的位置会随着掺杂而改变费米势,,一个重要的半导体参数,,表达了掺杂的类型和水平,对于Si,,,注意,强反型模式的开启由阈值电压的值决定与阈值电压有关的两个近似：,,,,,P,型衬底的,MOS,电容阈值电压：,N,型衬底的,MOS,电容阈值电压：,,,,V,FB,对实际的,MOS,结构来说，,V,FB,可分为两个部分：,例,1,、计算阈值电压,MOS,电容的工艺参数及相应的物理参数值,,参数,符号,值,衬底掺杂浓度,N,A,2×10,16,cm,-3,栅氧厚度,t,ox,30nm,氧化层电荷密度,Q,0,/q,5×10,10,cm,-2,栅的类型,,N+,多晶硅,本征载流子浓度,n,i,1.02×10,10,cm,-3,带隙宽度,Eg,1.12eV,室温下的热电压,V,t,=kT/q,0.026,二氧化硅介电常数,e,ox,3.45×10,-11,F/m,硅介电常数,e,s,1.04×10,-10,F/m,阈值电压的设计,,在,CMOS,（互补,MOS,）集成电路工艺中，对于,P,型衬底和,N,型衬底必须要提供绝对值相等的阈值电压。

对于,N,型衬底的,MOS,结构，我们有必要确定其施主浓度,N,D,的值，以保证其阈值电压与,P,型衬底的,MOS,电容阈值电压的绝对值相等平 带,如何绘制MOS电容的能带图？,,和之前一样，最先画费米能级 ，用虚线表示,,两种情形：,,如果系统处于热平衡（加零偏压），整个系统中费米能级是常数如果栅和衬底之间加了偏压，费米能级（更精确的说，应该是准费米能级）在这种情形下会发生分裂 平 带,。