理想MIS結(jié)構(gòu)電容壓控特性

理想狀態(tài)：半導(dǎo)體表面電場(chǎng)效應(yīng)特點(diǎn)，多子堆積狀態(tài)+多子耗盡狀態(tài)+少子反型狀態(tài)，相互并不聯(lián)系；

實(shí)際狀態(tài)：堆積狀態(tài)+耗盡狀態(tài)是有平帶狀態(tài)，

耗盡狀態(tài)率→反型狀態(tài)，是弱反型直→強(qiáng)反型態(tài)，壓控特性會(huì)連續(xù)變化；

 

如：交變電壓頻率高，反型層中少子產(chǎn)生與復(fù)合，趕不上外電場(chǎng)變化，數(shù)量不變，耗盡區(qū)電荷變化決定空間電荷區(qū)電容，反型區(qū)內(nèi)電容壓控特性有準(zhǔn)靜態(tài)和高頻情形區(qū)別；

PMOS場(chǎng)效應(yīng)管連接成壓控可變電容

如下圖所示

 

PMOS場(chǎng)效應(yīng)管變?nèi)莨苓B接+壓控特性

短接：漏+源+襯底

然后把它當(dāng)作電容一極接高電平，柵極=另一極接低電平

電容值：與VBG 相關(guān)

VBG=襯底與柵間電壓

 

PMOS場(chǎng)效應(yīng)管變?nèi)莨?/span>受襯柵電壓VBG 影響，變?nèi)莨茈娙葑鳀叛趸瘜与娙?/span>，與半導(dǎo)體空間電荷區(qū)電容串聯(lián)，表達(dá)式如下：

VBG > 閾值電壓

形成反型載流子溝道，變?nèi)莨芄ぷ髟趶?qiáng)反型區(qū)域；

VG=柵電位

VB=襯底電位

VG>VB，變?nèi)莨苓M(jìn)入積累區(qū)

柵氧化層與半導(dǎo)體間界面電壓>0，電子自由移動(dòng)；

 

反型區(qū)與積累區(qū)變?nèi)莨茈娙葜?/span>，表達(dá)式如下：

CV=COX=εOX/tox

閾值反型點(diǎn)：

最大耗盡寬度 + 反型層電荷密度=0，此時(shí)的最小電容，表達(dá)式如下

 

堆積與耗盡模式間產(chǎn)生平帶，此時(shí)電容表達(dá)式

為耗盡層的厚度

εs=半導(dǎo)體的介電常數(shù)

Φs=稱為表面勢(shì)

Na=受主原子的濃度

E=基本電荷的電量；

 

反型轉(zhuǎn)折點(diǎn)空間電荷區(qū)最大寬度

 

φf=Vtln(Na/ni)=雜質(zhì)半導(dǎo)體襯底相對(duì)費(fèi)米勢(shì)

Vt= kT/e=熱電壓

Ni=本征載流子濃度

K=玻爾茲曼常數(shù)，

T=絕對(duì)溫度

εox=氧化層的介電常數(shù)

tox為氧化層厚度

 

PMOS場(chǎng)效應(yīng)管在耗盡區(qū)+弱反型區(qū)+中反型區(qū)的移動(dòng)載流子少，因此電容Cv減小

電容Cv < Cox

Cv形成：氧化層電容Cox與半導(dǎo)體表面空間電荷層電容串聯(lián)

建立反型載流子溝道→強(qiáng)反型區(qū)間分：弱反型區(qū)+中反型區(qū)+強(qiáng)反型區(qū)

Cb或Ci占主導(dǎo)：MOS場(chǎng)效應(yīng)管元件，工作在中反型區(qū)或是耗盡區(qū)；

Cb或Ci不占主導(dǎo)：MOS場(chǎng)效應(yīng)管元件，工作在弱反型區(qū)；

若：進(jìn)入強(qiáng)反型區(qū)，分高頻+低頻

 

高頻：少數(shù)載流子產(chǎn)生與復(fù)合難以跟上信號(hào)變化，因此Cv與偏壓不相關(guān)，

低頻或準(zhǔn)靜態(tài)：Cv因偏壓變化；

如下圖所示