MOS结构由三部分组成,即由氧化层、氧化层隔开的金属和半导体衬底三者共同组成。金属通常可以选用铝或者其他金属,还可以是具有高电导的多晶硅。对于这种结构,通常以理想MOS结构作为对象来讨论,如果满足以下条件,则被称为理想的MOS结构:? (1)氧化层是非常理想的绝缘层,该层内没有任何电荷且完全不导电;? (2)金属和半导体之间不存在功函数差;? (3)半导体本身均匀掺杂且足够厚。上述理想MOS结构的假设很接近实际MOS结构,其结构如图7.1所示。这种假设是为了在刚开始讨论这种结构时能最简单地处理问题,后面将根据实际MOS结构的情况对理想MOS结构进行逐一修正,使理论分析的结果尽可能与实际相符。图7.1MOS结构7.1.2热平衡时的MOS结构? 在描述半导体器件的性能时,能带图是不可缺少的。为了和MOS结构外加偏压时的状态相比较,先画出组成MOS结构的三部分在未加偏压时各个部分的能带图,如图7.2(a)所示。图7.2(b)为热平衡时MOS结构的能带图。图7.2MOS结构不加电压时的能带图假设这三种物质具有共同的真空能级E0,从图7.2(a)中可以看出,半导体和绝缘体能带的差异与前面的讨论一致,绝缘体的禁带宽度要比半导体大得多。按照理想PN结的假设,MOS结构中的金属和半导体的功函数相等,绝缘体的费米能级位置也与金属和半导体相同,如图7.2(a)所示。7.1.3外加偏压时的MOS结构? 由于MOS结构实际上就是一个电容,因此当其两端加上电压后,相当于金属和半导体的两个面上被充电,两边所带的电荷数量相等,电荷符号相反,保证器件中的电荷总和为零。但是这些电荷在两边的分布差别较大,由于金属这边电子密度很高,因此电荷只分布在靠近表面约为一个原子层的厚度范围内;对于半导体这边,载流子密度和金属相比要低很多,电荷只能分布在一定厚度的表面层内。通常把在半导体一侧有电荷存在的区域称为空间电荷区。
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