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MOS 晶体管结构
来源:新能源汽车网
时间:2023-07-07 17:01:49
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MOS 晶体管结构 MOS晶体管结构由金属、氧化物和半导体结构(因此,MOS)组成。 考虑具有 p 衬底和 n+ 扩散阱作为漏极和源极端子的 NMOS 晶体管。氧化物层
MOS晶体管结构由金属、氧化物和半导体结构(因此,MOS)组成。
在无偏压条件下,漏极/源极和衬底界面处的 pn 结是反向偏压的。晶体管的能带图如图2所示。
图 2. 无偏置 NMOS 晶体管的能带图
正如您所看到的,金属、氧化物和半导体的费米能级自行排列。由于氧化物-半导体界面处的电压降,Si 能带出现弯曲。内置电场的方向是从金属到氧化物再到半导体,并且电压降的方向与电场的方向相反。
该电压降是由于金属和半导体之间的功函数差异而产生的(部分电压降发生在氧化物上,其余的发生在 Si-SiO 2界面上)。功函数是电子从费米能级逃逸到自由空间所需的能量。您可以在Jordan Edmunds 的这段视频中了解有关 MOS 晶体管能带图和能带弯曲的更多信息。
由于电场的方向是从半导体到氧化物再到金属,因此能带向相反方向弯曲。另外,请注意费米能级的变化。
耗尽和耗尽区域
由于电场是从金属到氧化物再到半导体,因此能带向下弯曲。
考虑具有 p 衬底和 n+ 扩散阱作为漏极和源极端子的 NMOS 晶体管。氧化物层由SiO 2制成并且生长在漏极和源极之间的沟道上方。栅极端子由n+掺杂的多晶硅或铝制成。
图 1. NMOS 晶体管的鸟瞰图。在无偏压条件下,漏极/源极和衬底界面处的 pn 结是反向偏压的。晶体管的能带图如图2所示。
图 2. 无偏置 NMOS 晶体管的能带图
正如您所看到的,金属、氧化物和半导体的费米能级自行排列。由于氧化物-半导体界面处的电压降,Si 能带出现弯曲。内置电场的方向是从金属到氧化物再到半导体,并且电压降的方向与电场的方向相反。
该电压降是由于金属和半导体之间的功函数差异而产生的(部分电压降发生在氧化物上,其余的发生在 Si-SiO 2界面上)。功函数是电子从费米能级逃逸到自由空间所需的能量。您可以在Jordan Edmunds 的这段视频中了解有关 MOS 晶体管能带图和能带弯曲的更多信息。
接下来,假设栅极具有负电压,源极具有负电压,其中漏极和衬底接地。由于负电压,基板中的空穴(多数载流子)被吸引到表面。这种现象称为积累。衬底中的少数载流子(电子)被推回到衬底深处。相应的能带图如下。
图 3.栅极端有负电压的 NMOS 晶体管的能带图由于电场的方向是从半导体到氧化物再到金属,因此能带向相反方向弯曲。另外,请注意费米能级的变化。
耗尽和耗尽区域
或者,考虑栅极电压略大于零。空穴被排斥回到衬底中,并且沟道中的任何移动电荷载流子被耗尽。这种现象称为耗尽,并且产生比无偏条件更宽的耗尽区。
图 4. NMOS 中的耗尽区
图5. 图4所示的NMOS耗尽区对应的能带图由于电场是从金属到氧化物再到半导体,因此能带向下弯曲。
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