半導(dǎo)體器件與物理七

第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理第7

章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體表面和界面結(jié)構(gòu)表面勢MOS結(jié)構(gòu)的電容—電壓特性MOS結(jié)構(gòu)的閾值電壓習(xí)題上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理——本章重點硅-二氧化硅界面中存在的不利因素和消除措施MOS結(jié)構(gòu)中C-V曲線揭示了氧化層等器件質(zhì)量性能閾值電壓表征半導(dǎo)體表面反型狀態(tài)，它是MOS器件的基礎(chǔ)上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理7.1

半導(dǎo)體表面和界面結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件的特性與半導(dǎo)體表面特征性質(zhì)有特別重要的聯(lián)系。在超s特大集成電路迅速發(fā)展的今天，半導(dǎo)體器件的制造相當多是在很薄的一層表面內(nèi)完成的（幾個微米甚至更?。?，因而，如何有效控制和完善半導(dǎo)體的表面質(zhì)量，從而進一步利用半導(dǎo)體表面效應(yīng)，可用來制造例如MOS（金屬-氧化物-半導(dǎo)體）器件sCCD（電荷耦合器件）sLED（發(fā)光二極管）sLCD（液晶顯示）s半導(dǎo)體激光等表面發(fā)光器件，以及太陽能電池等表面感應(yīng)器件。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理理想表面（清潔表面）原子完全有規(guī)則排列所終止的一個平面。表面排列整齊的硅原子與體內(nèi)的硅原子形成共價鍵，但由于表面價鍵處于所謂“懸掛鍵”的空置狀態(tài)，其狀態(tài)極其不穩(wěn)定，表面很容易吸附一些其他原子例如空氣中的氧原子而形成氧化層。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理真實表面用物理或化學(xué)方法形成的半導(dǎo)體表面，暴露在空氣中，存在氧化層或吸附其他原子。表面存在“懸掛鍵”，對電子有受主的性質(zhì)，存在一些可以容納電子的能量狀態(tài)，稱為“表面能級”或“表面態(tài)”。表面能級在禁帶中靠近價帶頂?shù)奈恢?，準連續(xù)。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理表面能級密度單位面積所具有的表面態(tài)的數(shù)目。cm-2表面費米能級

(EF)S載流子填充表面能級的狀態(tài)。電子填充帶負電；空穴填充帶正電。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理內(nèi)表面真實表面存在天然氧化層，半導(dǎo)體與天然氧化層的交界面；內(nèi)表面能級密度比原子密度小好幾個數(shù)量級。外表面天然氧化層與外界接觸的交界面。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理快態(tài)能級在毫秒甚至更短的時間內(nèi)完成與體內(nèi)交換電子。（內(nèi)表面）慢態(tài)能級需較長時間完成與體內(nèi)交換電子。（外表面）上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理Si-SiO2界面的結(jié)構(gòu)利用熱生長或化學(xué)汽相淀積人工生長的SiO2可有厚達幾千埃（10-10m），外表面能級幾乎無法與體內(nèi)交換電子，Si-SiO2界面有別于理想表面和真實表面，慢態(tài)能級和外界氣氛對半導(dǎo)體內(nèi)的影響很小。SiO2常用作MOS結(jié)構(gòu)中的絕緣介質(zhì)層，器件有源區(qū)之間場氧化隔離，選擇摻雜的掩蔽膜，鈍化保護膜等。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理硅-二氧化硅界面，二氧化硅層中，存在一些嚴重影響器件性能的因素，主要是氧化層中可動離子，固定氧化層電荷，界面陷阱，以及輻射、高溫高負偏置應(yīng)力會引起附加氧化層電荷的增加等。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院半導(dǎo)體器件物理練習(xí)P127

1第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理可動離子在人工生長的二氧化硅層中存在著一些可移動的正電荷，它們主要是沾污氧化層的一些離子。剛沾污時，這些正離子都在氧化層的外表面上。在電場及溫度的作用下，它們會漂移到靠近硅-二氧化硅界面處，在硅的表面處感應(yīng)出負電荷，對器件的穩(wěn)定性有很大的影響。其中最主要的是鈉離子（Na+），它在二氧化硅中進行漂移的激活能很低，因此危害

很大。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理為了防止和去掉鈉離子沾污的影響，除了嚴格執(zhí)行

工藝規(guī)定防止離子沾污外，提高制備材料（如化學(xué)試劑、氣體等）的純度，改進工藝裝備和方法，是獲得穩(wěn)定的MOS器件的重要手段。目前有兩種工藝被廣泛應(yīng)用：磷

穩(wěn)定化和氯中性化。磷穩(wěn)定化即二氧化硅外部形成磷硅玻璃，擴散中可動鈉離子總是進入氧化層中的富磷區(qū)，一旦離子被陷在磷硅玻璃中，即使回到室溫，它仍會保持被陷狀態(tài)，保證二氧化硅內(nèi)堿金屬離子最小狀態(tài)。氯中性化在即生長二氧化硅層時，將少量氯化合物一起反應(yīng)生成一種新的材料，它是位于氧化層-硅界面的氯硅氧烷，當鈉離子遷移到氧化層-硅界面時會被陷住中和，實現(xiàn)穩(wěn)定化。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院半導(dǎo)體器件物理固定正電荷實驗表明硅-二氧化硅界面附件的二氧化硅一側(cè)內(nèi)存在一些固定正電荷，它們大致分布在近界面100?的范圍內(nèi)。對半導(dǎo)體表面的電性質(zhì)有重要的影響。其特點可總結(jié)分析如下：固定電荷與氧化層厚度、半導(dǎo)體摻雜濃度、摻雜類型無關(guān)；固定電荷受不同晶向影響而變化，其密度（111）表面最大，（100）表面最小，兩者比例大約為3：1；固定電荷密度與氧化條件（如氧化氣氛、爐溫）緊密相關(guān)，溫度上升固定電荷密度則近似線性下降。值得注意，當氧化過程中經(jīng)過不同溫度條件生長氧化層，其固定電荷由最終溫度決定；氧化過硅片在氬氣或氮氣氣氛中退火（加熱）足夠長的時間，不管其生長氧化層溫度高還是低，總可以獲得最小固定電荷密度值。第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理先生長的氧化層卻是留在外表面，而后生長的氧化層則是留在與硅接觸的內(nèi)表面，即界面處，這也就是界面處固定電荷為什么由最終氧化溫度決定的道理（氧化溫度越低，固定正電荷密度越大）。減少固定電荷的標準工藝，即在惰性氣體中退火，圖中可見它的QF（單位柵面積固定電荷）值最小。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理界面陷阱（界面態(tài)）界面陷阱一般分布于整個禁帶范圍內(nèi)，有的甚至可以高于導(dǎo)帶底（EC）和低于價帶頂（EV）。界面陷阱可以是施主型的，也可以是受主型的。產(chǎn)生界面陷阱主要由于半導(dǎo)體表面的不完全化學(xué)鍵或所謂“懸掛鍵”引起的。界面價鍵在形成氧化層時，沒有被飽和而懸掛著，就會變成界面陷阱。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理界面陷阱密度在（111）表面最大，在（100）表面最小，禁帶中央其界面態(tài)比例大約為3：1；界面陷阱在干氧氣氛中氧化后，其密度較高，禁帶中央為1011~1012/cm2·eV，氧化溫度越高，界面態(tài)密度越大；在較低溫度（≤500℃）含氫氣氣氛中退火可以減小界面態(tài)密度，禁帶中央為≤1010/cm2·eV，但是在惰性氣氛高溫（≥600℃）下退火卻不能降低；界面陷阱密度在禁帶中央的區(qū)域基本不變，在靠近價帶頂和導(dǎo)帶底邊緣增長很快。且數(shù)目相等、電性相反，即導(dǎo)帶下應(yīng)該是施主型界面態(tài)，價帶上應(yīng)該是受主型界面態(tài)。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理減小界面態(tài)的方

法除了氫氣退火外，還可用金屬后退火工藝，在金屬后退火溫度下活性柵材料（鋁）會在氧化層表面與水蒸氣反應(yīng)，釋放出氫原子，它會通過二氧化硅層與懸掛鍵結(jié)合，從面減小界面態(tài)密度。界面態(tài)能量分布和退火前后界面態(tài)密度比較上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理電離陷阱固態(tài)器件中輻射損傷一直是航空和軍事應(yīng)用上碰到的主要問題。有些損傷會直接導(dǎo)致失效，而更多的可能使器件和系統(tǒng)退化，影響其性能和使用。輻射損傷的主要過程：首先在氧化層中產(chǎn)生電子-空穴對，其一部分會立刻復(fù)合，剩余部分在氧化層中電場作用下分離，電子和空穴沿相反方向加速，由于電子的遷移率比空穴大，電子會迅速離開氧化層（納秒數(shù)量級），而空穴由于躍遷一段時間后到達Si-SiO2界面，它會與來自硅的電子復(fù)合或在深能級處被陷住，一旦陷住后，就類似于固定電荷（稱之為電離陷阱）。同時，輻射還能增加界面態(tài)。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理熱退火可以很容易地去除如離子注入、電

子束蒸發(fā)、等離子濺射等工藝過程中的輻射損傷，但制備后的器件中實際恢復(fù)是相對有限的，因此更可取的方法是對器件進行“加固”。例如：柵氧化溫度低于1000℃來加固氧化層，使輻射的敏感度降低。鋁屏蔽加固可阻止大多數(shù)空間帶能粒子，并增大MOS場效應(yīng)管的閾值電壓，減弱輻射造成柵電壓變化對閾值電壓的影響。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理7.2表面勢我們已經(jīng)對Si-SiO2界面的電荷情況作了詳細討論。再在氧化層上進一步淀積一層金屬（通常是鋁）就構(gòu)成所謂MOS結(jié)構(gòu)，它是目前制造器件的基本結(jié)構(gòu)形式。中間絕緣層（SiO2）將金屬板和半導(dǎo)體兩個電極隔開。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理理想狀態(tài)絕緣體內(nèi)無任何電荷且完全不導(dǎo)電，金屬與半導(dǎo)體功函數(shù)差為零，絕緣體與半導(dǎo)體界面不存在任何界面態(tài)。如圖，V=0時，其能帶情況，圖中金屬功函數(shù)為qφm，半導(dǎo)體功函數(shù)為qφS，兩者的差為零，qχ為電子親和力，而qΨF為費米能級與本征費米能級的能級差。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院半導(dǎo)體器件物理

試畫出理想MOS結(jié)構(gòu)（N型半導(dǎo)體為襯底）平衡時的能帶圖。P127

2，3，4，5第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理空間電荷區(qū)實際MIS結(jié)構(gòu)就可看作一個平行板電容器。我們從上面圖中得知，在不加電壓情況下，其能帶是平的（平帶狀況），當兩端加一定電壓后，金屬和半導(dǎo)體兩個面將被充電，它們所帶電荷符號相反，電荷分布也不一樣。金屬中電荷分布在一個原子層的厚度范圍內(nèi)；而半導(dǎo)體中，由于自由載流子密度要低得多，電荷必定在一定厚度的表面層內(nèi)分布，這個帶電的表面層稱空間電荷區(qū)。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理表面勢空間電荷區(qū)表面到內(nèi)部另一端，電場從最大逐漸減弱到零，其各點電勢也要發(fā)生變化，這樣表面相對體內(nèi)就產(chǎn)生電勢差，并伴隨能帶彎曲，常稱空間電荷區(qū)兩端的電勢差為表面勢ΨS。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理MIS結(jié)構(gòu)加正向電壓時，金屬側(cè)積累正電荷，在半導(dǎo)體表面一薄層內(nèi)便形成了一個負的空間電荷區(qū)，同時形成了一個方向指向半導(dǎo)體內(nèi)部的表面電場。也可以說在半導(dǎo)體表面存在一個電勢差，各點的靜電勢Ψ(x)逐漸下降。到達電中性后，各點靜電勢保持相等，如圖(a)所示。圖中體內(nèi)的電勢取為零，ΨS稱為表面電勢，對于負空間電荷的情況，表面勢為正的，E為表面電場。從能帶的觀點看，表面的能帶將發(fā)生彎曲。由于電子的電勢能為-qΨ(x)，因此能帶自半導(dǎo)體內(nèi)部到表面向下彎曲。圖(b)表明負空間電荷區(qū)表面能帶向下彎曲的情況。此時，表面與體內(nèi)達到了熱平衡，具有共同的費米能級；空間電荷區(qū)中的負電荷恰好與金屬中的正電荷相等。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理MIS結(jié)構(gòu)加反向電壓時，金屬側(cè)積累負電荷，半導(dǎo)體表面一層便形成正的空間電荷區(qū)。此時，表面勢ΨS是負的，表面電場由半導(dǎo)體指向外界，表面的能帶向上彎曲，如圖所示。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院半導(dǎo)體器件物理第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容表面積累

（對P型半導(dǎo)體而言）施加一個負電壓（V＜0）于金屬平板上時，半導(dǎo)體表面將產(chǎn)生超量的正載流子（空穴），表面勢為負，表面能帶向上彎曲，如圖（a）所示。半導(dǎo)體表面向上彎曲的能帶使得Ei-EF的能級差變大，價帶頂逐漸移近甚至超過表面費米能級，進而提高空穴濃度，造成表面空穴堆積，此種情況稱為表面積累。與之對應(yīng)電荷分布如右半部分所示，其中，QS為半導(dǎo)體中每單位面積的正電荷量，而Qm為金屬中每單位面積的負電荷量，它們的數(shù)量是相等的，符號相反。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理表面耗盡施加一個正電壓（V＞0）于金屬板上時，表面勢為正值，表面處能帶向下彎曲，如圖（b）所示。這時越接近表面，價帶頂離費米能級越遠，價帶中空穴濃度隨之降低。并且，外加正電壓越大，能帶向下彎曲越深；越接近表面，空穴濃度比體內(nèi)低得多，表面層的負電荷基本上等于電離受主雜質(zhì)濃度，這種情況稱表面耗盡。半導(dǎo)體中每單位面積的空間電荷QSC的值為qNAW，其中W為表面耗盡區(qū)的寬度。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理表面反型施加一個更大正電壓時，表面處能帶進一步向下彎曲，如圖（c）所示。表面處費米能級位置高于禁帶中央能級Ei，也

就是說，費米能級離導(dǎo)帶底比離價帶頂更近一些，這意味著表面處性質(zhì)發(fā)生根本性變化，表面電子濃度超過空穴濃度，表面導(dǎo)電類型由空穴型轉(zhuǎn)變成電子型，這種情況稱表面反型。反型層Xi發(fā)生在近表面，且厚度很薄，而緊靠其內(nèi)部還夾著一層耗盡層，厚度比反型層大很多。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理對于N型半導(dǎo)體，同樣可證明：金屬電極加正電壓為電子積累；加小負電壓為耗盡狀態(tài)；而負電壓進一步增大時，表面空穴堆積出現(xiàn)反型層。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理7.3

MOS結(jié)構(gòu)的電容-電壓特性金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）結(jié)構(gòu)中，實際氧化物就是絕緣體，它完全類同于MIS電容，是一種特例，稱MOS電容。由于制造MOS器件必然采用這種結(jié)構(gòu)，因而MOS電容成為集成電路中制造電容首選，而其寄生性同樣是引起器件性能下降的原因所在。所以，對這一結(jié)構(gòu)的研究分析，從來就沒有停止過。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理理想MOS電容金屬-半導(dǎo)體功函數(shù)差為零；氧化層及界面電荷為零；界面態(tài)為零；半導(dǎo)體體內(nèi)電阻為零；氧化層完全不導(dǎo)電。能帶應(yīng)是平的；半導(dǎo)體表面處ΨS=0。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理電壓分布VG一部分降落在氧化層中，另一部分降落在半導(dǎo)體表面（空間電荷區(qū)，而體內(nèi)電壓降為零）。把MOS電容看作為一個平行板電容器，并且由上面電壓關(guān)系得知，MOS電容實際就是由一個氧化層電容和一個半導(dǎo)體中空間電荷區(qū)電容的串聯(lián)結(jié)構(gòu)組成的。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理氧化層單位面積電容Xox

氧化層厚度；ε0

真空介電常數(shù)；εOX

氧化層相對介電系數(shù)。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院式（7-2）第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體微分電容W

耗盡層寬度；εS

半導(dǎo)體相對介電常數(shù)上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理理想MOS結(jié)構(gòu)總電容上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理理想MOS的C-V特性曲線（100）硅，摻雜

ND=9.1×1014/cm3Xox=0.119μm，高頻（1MHz）和低頻（準靜態(tài)）條件下實際測得C-V特性曲線。分情況討論略。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院半導(dǎo)體器件物理實際MOS的C-V特性曲線1）氧化層內(nèi)正電荷對C-V特性的影響氧化層內(nèi)正電荷（QSS）的作用，可以看作在沒有外加電壓（VG=0）時，相當于施加了一個正電壓，如果要消除它的影響，則應(yīng)當在柵上施加一個負電壓（-VFB）來抵消，使彎曲的能帶重新變?yōu)槠綆В綆r的電容稱平帶電容，用CFB表示，如圖所示。圖中可見，正電荷總是使C-V曲線產(chǎn)生左移影響。第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理正電荷引起C-V曲線移動（左圖P型襯底，右圖N型襯底）上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理2）金屬-半導(dǎo)體功函數(shù)的影響真空能級和費米能級之間的能量差稱為材料的功函數(shù)（Φ）。不同材料，具有不同功函數(shù)，因而MOS結(jié)構(gòu)的兩個電極（金屬、半導(dǎo)體）就會存在功函數(shù)差（ΦMS）

。由于鋁功函數(shù)小于半導(dǎo)體，不管是N型還是P型半導(dǎo)體，功函數(shù)差ΦMS都是負值；而一般鋁和N型半導(dǎo)體的ΦMS總比與P型半導(dǎo)體的ΦMS來得小。ΦMS使C-V曲線產(chǎn)生左移影響目前更多是用高摻雜的多晶硅（polysilicon）來代替鋁制作柵極，N+多晶硅效果與鋁作用一致，但實際功函數(shù)差略大于鋁。P+多晶硅代替鋁，造成功函數(shù)差卻是正的，對于N型襯底的作用是極為有利的。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理3）摻雜濃度、氧化層厚度、溫度對C-V特性影響摻雜濃度提高，高頻反型電容會大大增加，耗盡偏置區(qū)將大大展寬。曲線上表現(xiàn)為電容下降的耗盡范圍從1V左右擴展到2V以上，反型區(qū)域最小電容值按（倍/數(shù)量級）增加，呈底部抬高之勢。而無曲線平移，且積累區(qū)電容固定，各摻雜濃度重疊一致。如圖所示為不同P型摻雜濃度對MOS電容高頻C-V特性影響。上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院半導(dǎo)體器件物理氧化層厚度增加也會使耗盡偏置區(qū)展寬，并使高頻反型電容升高，形式與摻雜一致，主要由于展厚氧化層將分擔(dān)更大比例電壓所致。溫度對C-V特性影響如圖所示，它對反型偏置電容有中等敏感度，其他區(qū)域則基本上不隨溫度變化。第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理7.4

MOS結(jié)構(gòu)的閾值電壓通常把使半導(dǎo)體表面強反型（Ψs=2ΨF）所需加在金屬柵極上的電壓定義為閾值電壓，又可稱開啟電壓。理想MOS結(jié)構(gòu)的閾值電壓（P型半導(dǎo)體襯底）耗盡層中電荷量上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院式（7-7）式（7-8）第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理W耗盡層寬度上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院當Ψs

=2ΨF時，W=Wm式（7-10）第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理P型半導(dǎo)體襯底理想MOS結(jié)構(gòu)閾值電壓表達式上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理N型半導(dǎo)體襯底理想MOS結(jié)構(gòu)閾值電壓表達式上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院半導(dǎo)體器件物理【例7-1】一個襯底NA=1017cm-3的理想MOS結(jié)構(gòu)，設(shè)氧化層厚度Xox

=50

?，試計算單位面積氧化層電容COX和Ψs

=2ΨF的值。最大耗盡層寬度Wm和半導(dǎo)體中每單位面積的空間電荷QSC的值。二氧化硅和硅的相對介電常數(shù)分別是3.9和11.9。第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理解：由式（7-2）得由式（7-7）得上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理由式（7-10）得上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章半導(dǎo)體表面特性及MOS電容半導(dǎo)體器件物理由式（7-8）得上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七