MIS結(jié)構(gòu)的能帶分布的變化與其電容-電壓特性

本周《漲知識啦》主要給大家介紹的是MIS（Metal-Insulator-Semiconductor）結(jié)構(gòu)的能帶分布的變化與其電容-電壓特性。

圖 1 ?(a) MIS結(jié)構(gòu)示意圖 ?(b) MIS結(jié)構(gòu)等效電路圖

首先，圖 1給大家展示了MIS結(jié)構(gòu)圖及等效電路。根據(jù)外加偏壓的不同，MIS結(jié)構(gòu)會處于積累、耗盡和反型三種狀態(tài)。當(dāng)MIS結(jié)構(gòu)外加偏壓Vg后，一部分外加偏壓被絕緣層所承擔(dān)，一部分在半導(dǎo)體表面形成表面勢Vs。

圖 2 MIS結(jié)構(gòu)不同偏壓下能帶圖

以p型半導(dǎo)體為例，當(dāng)Vg為負(fù)電壓時，大量空穴被吸引至半導(dǎo)體表面，如圖 2(a)所示，由于絕緣層的阻擋作用，空穴堆積于半導(dǎo)體表面，此時MIS結(jié)構(gòu)處于積累狀態(tài)。這種情況下的MIS結(jié)構(gòu)的電容如圖 3所示，相當(dāng)于絕緣層平板電容Cox，所以電容值不隨外加偏壓變化而變化。而當(dāng)Vg逐漸減小時，此時半導(dǎo)體表面空間電荷區(qū)電容Csd與絕緣層電容Cox串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電容公式Csd*Cox/(Csd+Cox)，由于Csd不斷減小，導(dǎo)致總電容逐漸變小，直至半導(dǎo)體能帶被拉平，如圖 2(b)。繼續(xù)減小電壓直至外加電壓Vg為正時，半導(dǎo)體表面出現(xiàn)載流子耗盡效應(yīng)，如圖 2(c)所示，能帶向下彎曲。隨著正向電壓增大，大量空穴被耗盡，耗盡區(qū)寬度增加，導(dǎo)致耗盡區(qū)電容減小，進(jìn)而使總電容逐漸減小。繼續(xù)增大正向電壓，能帶進(jìn)一步向下彎曲，p型半導(dǎo)體表面開始出現(xiàn)反型層，如圖 2(d)。相比耗盡情況，半導(dǎo)體表面載流子濃度升高，絕緣層附近耗盡區(qū)變小，導(dǎo)致電容增大。當(dāng)繼續(xù)增大到強反型情況時，由于反型層中積累的大量電子對外電場的屏蔽作用，耗盡區(qū)寬度將達(dá)到一個最大值不再變化。而大量電子積聚在半導(dǎo)體表面，使絕緣層附近堆積著大量電荷，所以此時MIS結(jié)構(gòu)電容近似為絕緣層電容。以上就是MIS結(jié)構(gòu)不同偏壓下的的能帶狀態(tài)與電容-電壓特性的關(guān)系。

圖3 MIS結(jié)構(gòu)的電容-電壓特性曲線

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