LOGOMOS Contents體硅半導(dǎo)體場效應(yīng) 理想兩端MOS結(jié)構(gòu) 三端MOS結(jié)構(gòu) 實(shí)際MOS結(jié)構(gòu)的C-V特性 集約模型 場效應(yīng)——電場容性的控制溝道，如MOSFET 勢效應(yīng)——溝道電勢直接接入，如雙極型晶 多數(shù)載流子堆積狀態(tài)多數(shù)載流子耗盡狀態(tài) 少數(shù)載流子反型狀態(tài) 當(dāng)金屬與半導(dǎo)體間加負(fù)電壓（指金屬接負(fù)）時(shí)，表面勢 為負(fù)值，表面能帶向上彎曲 加大正電壓，使得表面處費(fèi)米能及位置高于禁帶中央能 量Ei，形成反型層 當(dāng)金屬與半導(dǎo)體間加正電壓（指金屬接正）時(shí)mos電容，表面勢 VS為正值，表面能帶向下彎曲 參看劉恩科等《半導(dǎo)體物理》 Contents體硅半導(dǎo)體場效應(yīng) 理想兩端MOS結(jié)構(gòu) 三端MOS結(jié)構(gòu) 實(shí)際MOS結(jié)構(gòu)的C-V特性 集約模型 MOS金屬柵等電勢 絕緣層內(nèi)沒有任何電荷且完全不導(dǎo)電 SiO -Si界面處沒有界面態(tài) 半導(dǎo)體均勻摻雜 半導(dǎo)體足夠厚使得存在一個(gè)遠(yuǎn)離界面的體 柵接觸為歐姆接觸結(jié)構(gòu)為一維，以便電場線垂直于表面 金屬和半導(dǎo)體的接觸電勢為0 MOS假設(shè)理想MOS結(jié)構(gòu)柵和襯底之間的電壓為VG： 其中， 分別是柵氧和半導(dǎo)體上的電勢降絕緣體上的電場為： 其中，tox是柵氧厚度 oxox ox MOS連續(xù)性： 高斯定律： 其中， 是半導(dǎo)體內(nèi)單位面積的電荷 故氧化層上的電勢降為： 故柵到襯底的電壓為： ox ox oxox ox 10MOS （a）雙電容模型；（b）電子和空穴存儲電容分離的模型 11 MOS MOS的結(jié)構(gòu)電容為： 其中 若采用電子空穴分離模型，則： 12當(dāng)外加電壓VG=0時(shí)mos電容，表面勢VS=0，表面處能 帶不發(fā)生彎曲，稱作平帶狀態(tài) 平帶電容 平帶狀態(tài)下的MOS電容稱為平帶電容，對于P 型材料，其計(jì)算公式為： 其中LD為德拜長度 13 C-V MOS結(jié)構(gòu)的電容-電壓曲線 參看劉恩科等《半導(dǎo)體物理》 14 MOS C-V 以Al-SiO2-Si組成的MOS結(jié)構(gòu)為例，半導(dǎo)體中 電子的勢能相對于金屬提高的數(shù)值為： 這表明由于金屬和半導(dǎo)體功函數(shù)的不同，雖然外 加偏壓為零，但半導(dǎo)體表面層并不處于平帶狀態(tài). 為了恢復(fù)平帶狀態(tài)，必須在Al和Si之間加一定的 電壓，抵消由于兩者功函數(shù)不同引起的電場和能 帶彎曲。

這了為了恢復(fù)平帶狀態(tài)所需加的電壓叫 做平帶電壓，以VFB表示. 15 MOS C-V 16 考慮氧化層中固定電荷和界面電荷的影響，MOS結(jié) 構(gòu)的平帶電壓為： 其中， 17 n+-poly-gate-p組成的MOS 結(jié)構(gòu)在（a）零偏置（b）平 帶狀態(tài)下的能帶圖 包含平帶電壓的MOS 結(jié)構(gòu)CV公式： 18 Contents 體硅半導(dǎo)體場效應(yīng) 理想兩端MOS結(jié)構(gòu) 三端MOS結(jié)構(gòu) 實(shí)際MOS結(jié)構(gòu)的C-V特性 集約模型 19 MOS MOS晶體管三維圖 20 21 Polysilicongate Top view Gate-bulk overlap Source Crosssection Gateoxide 22 23 24 Contents 體硅半導(dǎo)體場效應(yīng) 理想兩端MOS結(jié)構(gòu) 三端MOS結(jié)構(gòu) 實(shí)際MOS結(jié)構(gòu)的C-V特性 集約模型 25 26 界面陷阱對高頻MOS C-V特性的影響 27 正電壓加在NMOS的n+多晶硅柵時(shí)的多晶硅耗盡 28 29 越位置的關(guān)系：虛線為經(jīng)典 情形；實(shí)線為量子情形 （a）電子濃度n（x）與跨 越位置x的關(guān)系：虛線為經(jīng)典 情形；實(shí)線為量子情形 的能帶圖MOS CV 30 Contents 體硅半導(dǎo)體場效應(yīng) 理想兩端MOS結(jié)構(gòu) 三端MOS結(jié)構(gòu) 實(shí)際MOS結(jié)構(gòu)的C-V特性 集約模型 31 BSIM BSIM4.0.0提供了3種可選的電容模型： 邊緣模型這些電容模型源自BSIM3V3.2，但在 BSIM4中分離的CKAPPA參數(shù)（用于源 和漏重疊電容）做了變化.capMOd=1在 BSIM4中不再支持 32 BSIM4 獨(dú)立的有效溝道長度和寬度 capMod 是平滑且單一的方程.因此，在整個(gè)區(qū)域電荷和電容是連續(xù)且平滑的 除了capMod 0使用長溝道閾值,閾值電壓與DC部分對應(yīng)， capMod 2包含了襯底偏置、短/窄溝道效應(yīng)和DIBL效應(yīng) 33 BSIM4 在亞閾值區(qū)域，采用新的閾值電壓定義.通 過使cvchargeMod 來激活新的Vgsteff，CV的計(jì)算與I-V模型中 Vgsteff形式類似 重疊模型包括兩部分: 與偏壓無關(guān)的部分，用來模擬柵和重?fù)诫s的源/漏之間有 效重疊電容; 與柵壓相關(guān)的部分，主要位于柵和輕摻雜的源/漏區(qū)域之間 在柵-源和柵-漏增加了與偏壓無關(guān)的邊緣 電容 34 LOGO 35

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