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MOS電容的基本架構(gòu)詳細解析-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2020-11-20 

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MOS電容的基本架構(gòu)詳細解析-KIA MOS管


MOS電容的基本架構(gòu)

MOSFET結(jié)構(gòu)的核心是金屬-氧化物-半導體電容,即MOS電容。MOS電容自身并不是一種廣泛應用的器件,但是卻是整個MOS晶體管的核心單元。


MOS中的金屬最初是鋁,現(xiàn)在大多數(shù)情況被沉積在氧化物上的多晶硅代替。MOS電容的基本架構(gòu)如下所示。


MOS電容的基本架構(gòu)


MOS電容的基本架構(gòu):圖中,tox是氧化物的厚度,εox為氧化物的介電常數(shù)。MOS電容的物理特性可以借助于常見的平板電容來理解。


下圖是P型半導體的MOS電容結(jié)構(gòu),頂端的金屬,稱為門極,相對于基底的P型半導體施加負向偏置電壓。門極的金屬端將聚集負電荷,同時呈現(xiàn)出如圖中箭頭所示方向的電場。


MOS電容的基本架構(gòu)


如果電場穿透半導體區(qū)域,P型半導體中的空穴會在電場力的作用下向氧化物-半導體界面移動。


穩(wěn)定狀態(tài)下的電子空穴分布如下圖所示,在氧化物-半導體的界面形成了帶正電的空穴聚集層,而在金屬端即門極形成了電子的聚集層,這和平板電容形成電場的機制相同。這也是MOS電容形成的機理。


MOS電容的基本架構(gòu)


接下來將加載在MOS電容的偏置電壓反向,如下圖所示。在門極端聚集了正電荷,激發(fā)的電場方向發(fā)生了反轉(zhuǎn)。在這種狀況下,如果電場強度穿透半導體區(qū)域,那么P型半導體中的空穴受到電場力的作用而遠離氧化物-半導體界面。


MOS電容的基本架構(gòu)


空穴被驅(qū)離,從而在氧化物-半導體界面處形成負電荷的空間電荷層。門極施加的電壓值越高,感應電場越強。作為少子的自由電子被吸引到氧化物-半導體的交界處,如下圖所示。形成少子載流子電子的區(qū)域稱為電子反轉(zhuǎn)層。


MOS電容的基本架構(gòu)


N型半導體形成的MOS電容機制與P型半導體相類似。下圖是N型半導體MOS電容的結(jié)構(gòu)示意圖,在門級施加正向偏置電壓時,在門級產(chǎn)生正電荷,感應產(chǎn)生出相應的電場;同時在氧化物-半導體界面處產(chǎn)生電子聚集層。


MOS電容的基本架構(gòu)


當在N型MOS電容的門極施加反向偏置電壓時,感應電場在N型半導體的基底區(qū)域感應出正的空間電荷區(qū)。當施加的電壓增加時,在氧化物-半導體界面處產(chǎn)生正電荷區(qū)域,稱為空穴反轉(zhuǎn)區(qū)。


MOS電容的基本架構(gòu)


需要施加一定的電壓才能產(chǎn)生電荷反轉(zhuǎn)區(qū)的特性稱為增強模式。N型半導體基底的MOS電容需要在門極施加負電壓才能形成反轉(zhuǎn)區(qū),而P型半導體基底的MOS電容需要在門極施加正電壓。




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