界面俘獲中心對MOS場效應晶體管靜態特性的影響分析

硅-二氧化硅界面上存在的界面俘態對MOS場效應晶體管靜態特性的影響，當界面態有電荷時，該電荷就作為固定電荷包括在Qss之中。1.2節以后就是這樣做的。但界面態的電荷與電子被界面態俘獲的多寡有關，電荷的數量是在變化的。因而界面態的存在不能用固定界面電荷的存在來替換，同時還要考慮到硅表面勢是隨柵電壓和漏電壓而變化的，隨之界面態亦發生充放電。

此問題首先用簡單的模型加以考慮。設N1為界面俘獲中心的面密度，ni為俘獲溝道中載流子的俘獲中心的密度，nm為溝道中載流子的密度。如設τm為載流子的壽命，為載流子被俘獲中心俘獲的平均時間，當載流子壽命僅由此俘獲中心的俘獲所決定時，考慮到載流子密度守恒，則下式可成立：

由于柵電壓VGS的增加而引起的溝道內載流子密度的增加和被俘獲的載流子密度的增加，分別設為d，則

這里，亦忽略了襯底雜質離子產生的空間電荷。

設溝道寬度為W，載流子的面密度為nm，則漏-源間電流IDS可表示為

因為載流子的面密度等于柵電壓為零時的值nmo加上感生的載流子密度，即

此外，設柵電壓為零時俘獲的載流子面密度為，因為有

所以

而按照通常夾斷電壓Vp的定義，有

若用下式定義

則式（1.89）可寫作

將式（1.91）代入式（1.83），利用定態時的條件?？纱_定值。但對式（1.83）應注意，一般為的函數。從而如設S為俘獲中心的俘獲截面，由于為空俘獲中心的密度，假定載流子平均速度為，則有

在柵電壓為零的定態條件下，因有，所以

由于下述關系式成立

式（1.83）可寫作

將式（1.92）代入式（1.95），求得為

式中

由此可求得漏電流為

式中

當VDS超過下式定義的VDSs時，將處于所謂夾斷狀態。

VDS恰好等于VDSS時的漏電流值為

式（1.104）對VGs微分，可算出跨導gm。

俘獲中心密度小的時候，載流子壽命增加，因而增大。與含的項相比，含的項若可以忽略，則有

夾斷電壓Vp為

根據式（1.89），Vp一般可寫作

現在因為，式（1.107）可與式（1.108）等價。

俘獲中心密度大的時候，載流子壽命減小，所以減小，此時漏電流為

夾斷電壓Vp為

由于為柵電壓為零時，對應于空俘獲能級的電壓，當這種空俘獲能級填滿后，源-漏間才有電流流過。

夾斷電壓值本身將隨值而變化^9），如很大或很小時，可分別采用適當的夾斷電壓值，除閾值附近外，靜態特性可用與最簡單情形的式1.16）同樣的形式來表示。

在以上的推導中，設界面的俘獲能級皆具有同樣的俘獲截面，而且不考慮俘獲能級的態密度分布。但我們知道，經實驗測得的界面態密度具有相當復雜的分布。將這種界面態密度分布考慮在內的計算，必須用數值計算?，F在將界面態密度取下述三種分布時的靜態特性數值計算結果之一例示于圖1.15^10）。

閾值附近的特性充分反映了界面態密度的分布，隨著與閾值的遠離，應解釋為夾斷電壓有差異而使特性發生平移。

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