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  • 平帶電壓詳解,MOS平帶電壓圖文介紹
    • 發布時間:2024-05-09 17:41:49
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    平帶電壓詳解,MOS平帶電壓圖文介紹
    平帶電壓
    一塊單純的半導體,它的能帶各處都一樣,所以在空間分布上,能帶沒有彎曲,也就是平的。
    當一塊金屬與半導體隔著一層氧化層連接在一起時(MOS結構), 這三個材料內的電子費米能級(或者說功函數)在接觸時是不一致的, 即表示它們的可遷移電子的能量不同。根據"水往低處流、電子往低能量地方遷移”的規律,在三個材料中勢必發生電子的轉移,最終達到穩定,如果沒有外部電壓,將會產生統一的費米能級。
    此時,由于電子的遷移,在半導體表面就會形成電場,進而發生能帶彎曲。這個電場越強、半導體表面的狀態變化就越大,這就是我們常說的場效應(Field Effect,場效應晶體管也就是利用了電場改變半導體導電狀態而得名)。
    當我們施加外部電壓的干預后,可以抬升或者降低半導體內的電子能量水平,從而抵消或者增強這個電場。
    當半導體表面的電場=0時,此時相當于金屬和氧化層對半導體沒有任何影響(等效), 此時半導體表面也就沒有了能帶彎曲,也就達到了平帶狀態。
    所以從另外一個角度看,所謂的平帶電壓也就是半導體表面電場為零時候所需要的外部電壓。
    平帶電壓的定義
    當半導體內沒有能帶彎曲時所加的柵壓,此時表面勢為零,凈空間電荷為零,但由于功函數差和氧化層內可能存在的陷阱電荷,此時穿過氧化物的電壓不一定為零。
    MOS 平帶電壓
    假設氧化物中陷阱電荷量為Qss',單位面積的柵氧化層電容為Cox,則平帶時穿過氧化物的電壓為:
    MOS 平帶電壓
    要想使表面勢為零,需要產生一個能抵消功函數差和氧化物陷阱電荷的電壓(注意實際功函數差和氧化層電荷的正負號)
    MOS 平帶電壓
    這個電壓就叫平帶電壓(也可以認為是零偏時的表面電勢)。
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