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  • 平帶電壓詳解,MOS平帶電壓圖文介紹
    • 發(fā)布時間:2024-05-09 17:41:49
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    平帶電壓詳解,MOS平帶電壓圖文介紹
    平帶電壓
    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(MOS結(jié)構(gòu)), 這三個材料內(nèi)的電子費米能級(或者說功函數(shù))在接觸時是不一致的, 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,將會產(chǎn)生統(tǒng)一的費米能級。
    此時,由于電子的遷移,在半導(dǎo)體表面就會形成電場,進(jìn)而發(fā)生能帶彎曲。這個電場越強(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)這個電場。
    當(dāng)半導(dǎo)體表面的電場=0時,此時相當(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)。
    所以從另外一個角度看,所謂的平帶電壓也就是半導(dǎo)體表面電場為零時候所需要的外部電壓。
    平帶電壓的定義
    當(dāng)半導(dǎo)體內(nèi)沒有能帶彎曲時所加的柵壓,此時表面勢為零,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,此時穿過氧化物的電壓不一定為零。
    MOS 平帶電壓
    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,則平帶時穿過氧化物的電壓為:
    MOS 平帶電壓
    要想使表面勢為零,需要產(chǎn)生一個能抵消功函數(shù)差和氧化物陷阱電荷的電壓(注意實際功函數(shù)差和氧化層電荷的正負(fù)號)
    MOS 平帶電壓
    這個電壓就叫平帶電壓(也可以認(rèn)為是零偏時的表面電勢)。
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