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(共12张PPT)
理想MOS结构的表面空间电荷区
理想MOS结构的表面空间电荷区
教学要求
1.了解理想MOS结构基本假设及其意义。
2.根据电磁场边界条件导出空间电荷与电场的关系
3.掌握载流子积累、耗尽和反型和强反型的概念。
4.正确画出流子积累、耗尽和反型和强反型四种情况的能带图。
5.导出反型和强反型条件
（6-1-1）
理想MOS结构的表面空间电荷区
1.理想MOS结构基于以下假设：
（1）在氧化物中或在氧化物和半导体之间的界面上不存在电荷。
（2）金属和半导体之间的功函数差为零.
（3）SiO2层是良好的绝缘体，能阻挡直流电流流过。因此，即使
有外加电压，表面空间电荷区也处于热平衡状态，这使得整
个表面空间电荷区中费米能级为常数。
6.1 理想MOS结构的表面空间电荷区
电荷块图
能带图
耗 尽
0< s<2 F
图6.1 金属-氧化物-半导体电容
6.1 理想MOS结构的表面空间电荷区
确定表面势 s和费米势 F
与MOS偏置状态的关系
取Ei（体内）为零电势能点，
则任一x处电子的电势能为
Ei(x)-Ei(体内）=-q (x)
任一点电势
表面势
费米势
6.1 理想MOS结构的表面空间电荷区
F的正负和大小与Si衬底的导电类型和掺杂浓度有关
p型半导体
n型半导体
6.1 理想MOS结构的表面空间电荷区
6.1 理想MOS结构的表面空间电荷区
1.VG=0
平带
金属和半导体表面无电荷，场强为
正常情况下，MOS电容背面接地，VG定义为加在栅上的直流偏置。
由于在静态偏置条件下没有电流流过器件，所以费米能级不受偏置的影响，且不随位置变化。
半导体体内始终保持平衡，与MOS栅上加电压与否无关
所加偏置VG引起器件两端费米能级移动：EFM-EFS=-qVG
VG 0导致器件内部有电势差，引起能带弯曲。金属是等势体，无能带弯曲。绝缘体中的电场为匀强电场，电势和电势能是位置x的线性函数， VG > 0，绝缘体和半导体中的能带向上倾斜，反之，向下倾斜。
在半导体体内，能带弯曲消失。
6.1 理想MOS结构的表面空间电荷区
6.1 理想MOS结构的表面空间电荷区
2.VG<0
由于垂直表面向上的电场的作用，紧靠硅表面的空穴的浓度大于体内热平衡多数载流子浓度时，称为载流子积累现象
积累状态下xd非常小
电荷块图
能带图
6.1 理想MOS结构的表面空间电荷区
积 累
s<0
3.VG>0
6.1 理想MOS结构的表面空间电荷区
VG>0, (较小负偏置），空穴的浓度在O-S界面附近降低，称为空穴被“耗尽”，留下带负电的受主杂质。

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