2022-2023學(xué)年高二物理競賽課件：理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)

理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)

教學(xué)要求1.了解理想MOS結(jié)構(gòu)基本假設(shè)及其意義。2.根據(jù)電磁場邊界條件導(dǎo)出空間電荷與電場的關(guān)系3.掌握載流子積累、耗盡和反型和強反型的概念。4.正確畫出流子積累、耗盡和反型和強反型四種情況的能帶圖。5.導(dǎo)出反型和強反型條件

（6-1-1）理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)1.理想MOS結(jié)構(gòu)基于以下假設(shè)：（1）在氧化物中或在氧化物和半導(dǎo)體之間的界面上不存在電荷。（2）金屬和半導(dǎo)體之間的功函數(shù)差為零.（3）SiO2層是良好的絕緣體，能阻擋直流電流流過。因此，即使有外加電壓，表面空間電荷區(qū)也處于熱平衡狀態(tài)，這使得整個表面空間電荷區(qū)中費米能級為常數(shù)。6.1理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)電荷塊圖能帶圖耗盡0<s<2F圖6.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體電容6.1理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)

確定表面勢

s和費米勢F與MOS偏置狀態(tài)的關(guān)系取Ei（體內(nèi)）為零電勢能點，則任一x處電子的電勢能為Ei(x)-Ei(體內(nèi)）=-q(x)任一點電勢表面勢費米勢6.1理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)

F的正負和大小與Si襯底的導(dǎo)電類型和摻雜濃度有關(guān)p型半導(dǎo)體n型半導(dǎo)體6.1理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)

6.1理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)

1.VG=0平帶金屬和半導(dǎo)體表面無電荷，場強為正常情況下，MOS電容背面接地，VG定義為加在柵上的直流偏置。由于在靜態(tài)偏置條件下沒有電流流過器件，所以費米能級不受偏置的影響，且不隨位置變化。半導(dǎo)體體內(nèi)始終保持平衡，與MOS柵上加電壓與否無關(guān)所加偏置VG引起器件兩端費米能級移動：EFM-EFS=-qVGVG0導(dǎo)致器件內(nèi)部有電勢差，引起能帶彎曲。金屬是等勢體，無能帶彎曲。絕緣體中的電場為勻強電場，電勢和電勢能是位置x的線性函數(shù)，VG>0，絕緣體和半導(dǎo)體中的能帶向上傾斜，反之，向下傾斜。在半導(dǎo)體體內(nèi)，能帶彎曲消失。6.1理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)

6.1理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)

2.VG<0由于垂直表面向上的電場的作用，緊靠硅表面的空穴的濃度大于體內(nèi)熱平衡多數(shù)載流子濃度時，稱為載流子積累現(xiàn)象

積累狀態(tài)下xd非常小電荷塊圖能帶圖6.1理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)

積累

s<03.VG>06.1理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電