平帶電壓詳解，MOS平帶電壓圖文分享-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2024-01-17
一塊單純的半導(dǎo)體，它的能帶各處都一樣，所以在空間分布上，能帶沒有彎曲，也就是平的。
當(dāng)一塊金屬與半導(dǎo)體隔著一層氧化層連接在一起時(shí)(MOS結(jié)構(gòu))， 這三個(gè)材料內(nèi)的電子費(fèi)米能級(或者說功函數(shù))在接觸時(shí)是不一致的， 即表示它們的可遷移電子的能量不同。根據(jù)"水往低處流、電子往低能量地方遷移”的規(guī)律，在三個(gè)材料中勢必發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移,最終達(dá)到穩(wěn)定，如果沒有外部電壓，將會(huì)產(chǎn)生統(tǒng)一的費(fèi)米能級。
此時(shí)，由于電子的遷移，在半導(dǎo)體表面就會(huì)形成電場,進(jìn)而發(fā)生能帶彎曲。這個(gè)電場越強(qiáng)、半導(dǎo)體表面的狀態(tài)變化就越大，這就是我們常說的場效應(yīng)(Field Effect,場效應(yīng)晶體管也就是利用了電場改變半導(dǎo)體導(dǎo)電狀態(tài)而得名)。
當(dāng)我們施加外部電壓的干預(yù)后，可以抬升或者降低半導(dǎo)體內(nèi)的電子能量水平，從而抵消或者增強(qiáng)這個(gè)電場。
當(dāng)半導(dǎo)體表面的電場=0時(shí)，此時(shí)相當(dāng)于金屬和氧化層對半導(dǎo)體沒有任何影響(等效)， 此時(shí)半導(dǎo)體表面也就沒有了能帶彎曲，也就達(dá)到了平帶狀態(tài)。
所以從另外一個(gè)角度看，所謂的平帶電壓也就是半導(dǎo)體表面電場為零時(shí)候所需要的外部電壓。
當(dāng)半導(dǎo)體內(nèi)沒有能帶彎曲時(shí)所加的柵壓，此時(shí)表面勢為零,凈空間電荷為零，但由于功函數(shù)差和氧化層內(nèi)可能存在的陷阱電荷，此時(shí)穿過氧化物的電壓不一定為零。
假設(shè)氧化物中陷阱電荷量為Qss'，單位面積的柵氧化層電容為Cox,則平帶時(shí)穿過氧化物的電壓為：
要想使表面勢為零，需要產(chǎn)生一個(gè)能抵消功函數(shù)差和氧化物陷阱電荷的電壓(注意實(shí)際功函數(shù)差和氧化層電荷的正負(fù)號)
這個(gè)電壓就叫平帶電壓(也可以認(rèn)為是零偏時(shí)的表面電勢)。
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