MOS電容的基本架構詳細解析-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2020-11-20
MOSFET結構的核心是金屬-氧化物-半導體電容，即MOS電容。MOS電容自身并不是一種廣泛應用的器件，但是卻是整個(gè)MOS晶體管的核心單元。
MOS中的金屬最初是鋁，現在大多數情況被沉積在氧化物上的多晶硅代替。MOS電容的基本架構如下所示。
MOS電容的基本架構:圖中，tox是氧化物的厚度，εox為氧化物的介電常數。MOS電容的物理特性可以借助于常見(jiàn)的平板電容來(lái)理解。
下圖是P型半導體的MOS電容結構，頂端的金屬，稱(chēng)為門(mén)極，相對于基底的P型半導體施加負向偏置電壓。門(mén)極的金屬端將聚集負電荷，同時(shí)呈現出如圖中箭頭所示方向的電場(chǎng)。
如果電場(chǎng)穿透半導體區域，P型半導體中的空穴會(huì )在電場(chǎng)力的作用下向氧化物-半導體界面移動(dòng)。
穩定狀態(tài)下的電子空穴分布如下圖所示，在氧化物-半導體的界面形成了帶正電的空穴聚集層，而在金屬端即門(mén)極形成了電子的聚集層，這和平板電容形成電場(chǎng)的機制相同。這也是MOS電容形成的機理。
接下來(lái)將加載在MOS電容的偏置電壓反向，如下圖所示。在門(mén)極端聚集了正電荷，激發(fā)的電場(chǎng)方向發(fā)生了反轉。在這種狀況下，如果電場(chǎng)強度穿透半導體區域，那么P型半導體中的空穴受到電場(chǎng)力的作用而遠離氧化物-半導體界面。
空穴被驅離，從而在氧化物-半導體界面處形成負電荷的空間電荷層。門(mén)極施加的電壓值越高，感應電場(chǎng)越強。作為少子的自由電子被吸引到氧化物-半導體的交界處，如下圖所示。形成少子載流子電子的區域稱(chēng)為電子反轉層。
N型半導體形成的MOS電容機制與P型半導體相類(lèi)似。下圖是N型半導體MOS電容的結構示意圖，在門(mén)級施加正向偏置電壓時(shí)，在門(mén)級產(chǎn)生正電荷，感應產(chǎn)生出相應的電場(chǎng)；同時(shí)在氧化物-半導體界面處產(chǎn)生電子聚集層。
當在N型MOS電容的門(mén)極施加反向偏置電壓時(shí)，感應電場(chǎng)在N型半導體的基底區域感應出正的空間電荷區。當施加的電壓增加時(shí)，在氧化物-半導體界面處產(chǎn)生正電荷區域，稱(chēng)為空穴反轉區。
需要施加一定的電壓才能產(chǎn)生電荷反轉區的特性稱(chēng)為增強模式。N型半導體基底的MOS電容需要在門(mén)極施加負電壓才能形成反轉區，而P型半導體基底的MOS電容需要在門(mén)極施加正電壓。
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