LOGOMOS Contents体硅半导体场效应 理想两端MOS结构 三端MOS结构 实际MOS结构的C-V特性 集约模型 场效应——电场容性的控制沟道，如MOSFET 势效应——沟道电势直接接入，如双极型晶 多数载流子堆积状态多数载流子耗尽状态 少数载流子反型状态 当金属与半导体间加负电压（指金属接负）时，表面势 为负值，表面能带向上弯曲 加大正电压，使得表面处费米能及位置高于禁带中央能 量Ei，形成反型层 当金属与半导体间加正电压（指金属接正）时mos电容，表面势 VS为正值，表面能带向下弯曲 参看刘恩科等《半导体物理》 Contents体硅半导体场效应 理想两端MOS结构 三端MOS结构 实际MOS结构的C-V特性 集约模型 MOS金属栅等电势 绝缘层内没有任何电荷且完全不导电 SiO -Si界面处没有界面态 半导体均匀掺杂 半导体足够厚使得存在一个远离界面的体 栅接触为欧姆接触结构为一维，以便电场线垂直于表面 金属和半导体的接触电势为0 MOS假设理想MOS结构栅和衬底之间的电压为VG： 其中， 分别是栅氧和半导体上的电势降绝缘体上的电场为： 其中，tox是栅氧厚度 oxox ox MOS连续性： 高斯定律： 其中， 是半导体内单位面积的电荷 故氧化层上的电势降为： 故栅到衬底的电压为： ox ox oxox ox 10MOS （a）双电容模型；（b）电子和空穴存储电容分离的模型 11 MOS MOS的结构电容为： 其中 若采用电子空穴分离模型，则： 12当外加电压VG=0时mos电容，表面势VS=0，表面处能 带不发生弯曲，称作平带状态 平带电容 平带状态下的MOS电容称为平带电容，对于P 型材料，其计算公式为： 其中LD为德拜长度 13 C-V MOS结构的电容-电压曲线 参看刘恩科等《半导体物理》 14 MOS C-V 以Al-SiO2-Si组成的MOS结构为例，半导体中 电子的势能相对于金属提高的数值为： 这表明由于金属和半导体功函数的不同，虽然外 加偏压为零，但半导体表面层并不处于平带状态. 为了恢复平带状态，必须在Al和Si之间加一定的 电压，抵消由于两者功函数不同引起的电场和能 带弯曲。
这了为了恢复平带状态所需加的电压叫 做平带电压，以VFB表示. 15 MOS C-V 16 考虑氧化层中固定电荷和界面电荷的影响，MOS结 构的平带电压为： 其中， 17 n+-poly-gate-p组成的MOS 结构在（a）零偏置（b）平 带状态下的能带图 包含平带电压的MOS 结构CV公式： 18 Contents 体硅半导体场效应 理想两端MOS结构 三端MOS结构 实际MOS结构的C-V特性 集约模型 19 MOS MOS晶体管三维图 20 21 Polysilicongate Top view Gate-bulk overlap Source Crosssection Gateoxide 22 23 24 Contents 体硅半导体场效应 理想两端MOS结构 三端MOS结构 实际MOS结构的C-V特性 集约模型 25 26 界面陷阱对高频MOS C-V特性的影响 27 正电压加在NMOS的n+多晶硅栅时的多晶硅耗尽 28 29 越位置的关系：虚线为经典 情形；实线为量子情形 （a）电子浓度n（x）与跨 越位置x的关系：虚线为经典 情形；实线为量子情形 的能带图MOS CV 30 Contents 体硅半导体场效应 理想两端MOS结构 三端MOS结构 实际MOS结构的C-V特性 集约模型 31 BSIM BSIM4.0.0提供了3种可选的电容模型： 边缘模型这些电容模型源自BSIM3V3.2，但在 BSIM4中分离的CKAPPA参数（用于源 和漏重叠电容）做了变化.capMOd=1在 BSIM4中不再支持 32 BSIM4 独立的有效沟道长度和宽度 capMod 是平滑且单一的方程.因此，在整个区域电荷和电容是连续且平滑的 除了capMod 0使用长沟道阈值,阈值电压与DC部分对应， capMod 2包含了衬底偏置、短/窄沟道效应和DIBL效应 33 BSIM4 在亚阈值区域，采用新的阈值电压定义.通 过使cvchargeMod 来激活新的Vgsteff，CV的计算与I-V模型中 Vgsteff形式类似 重叠模型包括两部分: 与偏压无关的部分，用来模拟栅和重掺杂的源/漏之间有 效重叠电容; 与栅压相关的部分，主要位于栅和轻掺杂的源/漏区域之间 在栅-源和栅-漏增加了与偏压无关的边缘 电容 34 LOGO 35
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