MOS 电容器定义：MOS 电容器是一种由金属栅极、半导体本体和二氧化硅绝缘层构成的结构。

 

平带电压VFB：这个关键的电压水平表示电容器两端没有净电荷，为测量器件中的其他现象建立了一个基准。

 

阈值电压VT：这是耗尽层消失且强反型开始的点，对电容器在晶体管中的运行至关重要。

 

MOS Capacitor 由MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) 结构的两端口组成。

 

MOSFET由Gate、Source、Drain、Body共四端组成。也就是说，在MOS Capacitor中配置Source/Drain，就是MOSFET。

 

MOS Capacitor的性能是通过测量Gate电压下的 Gate Capacitance 来评估器件的C-V曲线。MOSFET与MOS Capactior不同，它用I-V曲线来评估器件的特性。

 

MOS Capacitor根据 Gate 电压，有Accumulation(积累), Depletion(耗尽), Inversion(反型)三种状态。以NMOS为例，channel 为 P 型。

 

 

Accumulation: 当在MOSCAP的金属栅极上施加一个电压，使得半导体表面的多数载流子浓度增加时，就会发生积累现象。对于P 型半导体，若在栅极上加一个负电压，会排斥金属电极中的电子，同时吸引P 型半导体中的空穴，这些空穴会在半导体表面聚集，形成一个多数载流子的积累层。

 

Depletion: 当在金属栅极施加一个适当的电压时，会将半导体表面的多数载流子排斥开，形成一个多数载流子耗尽的区域，这个区域中多数载流子浓度远低于半导体内部的浓度。对于P 型半导体，在栅极上加一个正电压，会吸引电子并排斥空穴，在半导体表面形成一个空穴耗尽的区域，留下固定的带负电的受主杂质离子。

 

Inversion: 继续增大栅极电压，超过一定阈值后，会在半导体表面形成一个与原来多数载流子类型相反的少数载流子层，即发生反型。对于P 型半导体，当栅极电压足够大时，会吸引大量的电子，使半导体表面形成一个电子反型层（N型）虽然MOS 电容器很少单独广泛使用，但它是MOS 晶体管不可或缺的部分，而MOS 晶体管是应用最为广泛的半导体器件。

 

以下给出P型半导体的MOS 电容器典型的电容-电压特性：

 

 

 

MOS 电容器的电容- 电压 (CV) 图。平带电压(VFB) 将积累区与耗尽区分开。阈值电压(VT) 将耗尽区与反型区分开。

 

低频情况：在低频条件下，少数载流子有足够的时间对栅极电压变化做出响应。故可以在反型状态测得电容。

 

高频情况：在高频条件下，半导体中的少数载流子（如p 型半导体中的电子，n 型半导体中的空穴）由于其产生和复合速度相对较慢，无法及时响应栅极电压的快速变化。故无法在反型状态测得电容。

 

若利用 MOSFET 测试电容，通常将G, S, D 共接，测试G-S-B to Bulk之间的电容。这个时候由于 S/D 可以源源不断的提供载流子，于是在高频时不管 Gate 是正压还是负压都能测试得到电容。

 

Reference:

 

1.Semiconductor Devices: Physics and Technology.

2. 刘恩科，半导体物理学.

 

来源：十二芯座

关键词： 电容器