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              MOS管結構的表面勢及空間電荷區的電荷解析

              信息來源: 時間:2020-10-21

              MOS管結構的表面勢及空間電荷區的電荷解析

              從上面討論知道,表面勢φs的大小,是表征空間電荷區電荷量多少的一個量。它們的數量關系在后面的討論中是非常有用的。

              1、MOS表面勢 

              半導體表面空間電荷區在Si-SiO2界面處的表面勢,可以通過解泊松方程來求得。一般情況下,空間電荷區內存在著電離的受主N2和施主NA,還有電子和空穴P。因此,空間電荷區的電荷密度可寫為:

              MOS結構表面勢

              但是在耗盡層近似條件下,空間電荷區的電荷密度可化簡為Q(χ)=-qNA。因為所考慮的是P型半導體,空間電荷區中的ND≈0;在耗盡時,空間電荷區的空穴濃度p(χ)《NA;而在φs<2φF時,空間電荷區中的電子濃度n(χ)《 NA。所以,耗盡近似下的Q(χ)=-9NA。把它代入泊松方程,得:

              MOS結構表面勢

              這一方程與分析PN結耗盡層時的泊松方程是一致的。下面求解這個方程:

              首先,把(1-5)式改寫成:

              MOS結構表面勢

              用分離變量法,對兩邊積分:

              4.jpg

              即得到電場在空間電荷區距Si-Si02界面為χ處的電場強度,式中χ4為耗盡層(空間電。荷區)的寬度。

              MOS結構表面勢

              再將MOS結構表面勢時,并用分離變量法,對兩邊積分:

              MOS結構表面勢

              即得空間電荷區內距Si-SiO2界面χ處的電勢為:

              MOS結構表面勢

              當χ=0時,(0)≈φs。即:

              MOS結構表面勢

              耗盡層寬度即為此處的空間電荷區寬度,可以寫成:

              MOS結構表面勢

              這個結果與單邊突變結PN結空間電荷區的寬度類同。如果滿足強反型條件φs=2φF,那么空間電荷區的最大寬度為:

              MOS結構表面勢

              2、空間電荷區的電荷密度

              根據(1-9)式,我們可以得到空間電荷區內單位面積的電荷量為:

              MOS結構表面勢

              如果NA-1018個/cm3,φs分別為0.2V和0.4V,則可以得到單位面積內空間電荷密度為:2.5×10-8C/cm2和3.6×10-8C/cm2。

              從式1-8中可以看到,摻雜濃度愈高,要達到強反型的表面勢就愈大,這和前面講到的強反型條件φs=2φF是一致的。MOS結構表面勢

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