2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体场效应晶体管基础

微电子器件基础 半导体场效应晶体管基础 引言 所谓“MOS”指的仅是金属－二氧化硅（SiO2）－硅系统。更一般的术语是金属－绝缘体－半导体（MIS），其中的绝缘体不一定是二氧化硅，半导体也并非一定是硅。由于MIS系统有着类似的基本物理概念，在这一章里我们将始终讨论MOS系统。 MOSFET的基本结构 4.1 双端MOS结构 MOSFET 的核心是金属－氧化物－半导体电容， 其中的金属可以是铝或者一些其它的金属，但更通常的情况是在氧化物上面淀积高电导率的多晶硅；然而，金属一词通常被延用下来。 4.1.1 能带图 外加负栅压的MOS电容器的电场和电流 11.2 4.1.1 能带图 施加小的正偏栅压后的MOS电容器 11.3 4.1.1 能带图 p型衬底MOS电容器的能带图 11.4 4.1.1 能带图 n型衬底MOS电容器的能带图 11.7 4.1.2 耗尽层厚度 我们可以通过计算求出于氧化物－半导体界面处的空间电荷区的宽度，下图所示为p型衬底半导体的空间电荷区示意图。 11.8 4.1.2 耗尽层厚度 插入（图11.9） 4.1.2 耗尽层厚度 上图示意了s=2fp时的能带图。表面处的费米能级远在本征费米能级之上而半导体内的费米能级则在本征费米能级之下。表面处的电子浓度等于体内的空穴浓度,这种情况称为阈值反型点,所加的电压称为阈值电压。如果栅压大于这个阈值，导带会轻微地向费米能级弯曲，但是表面处导带的变化只是栅压的函数。然而，表面电子浓度是表面势的指数函数。表面势每增加数伏特（kT/e），将使电子浓度以10的幂次方增加，但是空间电荷宽度的改变却是微弱的。在这种情况下，空间电荷区已经达到了最大值。 4.1.3 功函数差 如图所示为零偏压下完整的金属－氧化物－半导体结构的能带图 插入图11.12 $