第七章金属凰氧化物/半导体(MOS)结构 本章我们将介绍金属(Meta)与氧化物绝缘体( Oxide) 半导体( Semiconductor)构成的MOS结构相关理论方法,重 点讨论各种偏置电压条件下,MOS结构的能带结构、电容特 性(C-V)以及影响CⅤ特性的各种因素及相关理论方法。 MOS结构是研究MOS基器件的基本性能特征和参数,如栅氧 化层厚度、阈值电压、界面态就体缺陷态等的基本器件结构 §71理想的MOS结构 §7.2MOS结构的CV特性 §7.3非理想(实际)MOS结构
第七章 金属/氧化物/半导体（MOS）结构 本章我们将介绍金属（Metal）与氧化物绝缘体（Oxide）、 半导体（Semiconductor）构成的MOS结构相关理论方法，重 点讨论各种偏置电压条件下，MOS结构的能带结构、电容特 性 (C-V) 以及影响C-V特性的各种因素及相关理论方法。 MOS结构是研究MOS基器件的基本性能特征和参数，如栅氧 化层厚度、阈值电压、界面态就体缺陷态等的基本器件结构 §7.1 理想的MOS结构 § 7.2 MOS结构的CV特性 § 7.3 非理想（实际）MOS结构
§7.1理想M0S结构 金属氧化物(SiO2)-半导体(Si)(MOs)结构是主流半导体 器件CMOS的重要组成部分,典型的结构如ASiO2/p-Si, 其基本的能带结构参数如下图所示 E =x+8+B 4 gx ox =0.95eV E 0 4.1eV q%s=4.05 qo E F E Aluminum grEw MOS Structure Silicon Silicon Dioxide
§7.1 理想MOS结构 B g s q E ++= φχφ 2 金属-氧化物(SiO2)-半导体(Si) （MOS）结构是主流半导体 器件CMOS的重要组成部分， 典型的结构如Al/SiO2/p-Si， 其基本的能带结构参数如下图所示
§7.1理想MOS结构 首先讨论p-S作为衬底的理想的MOS结构。所谓理想的 MOS结构满足如下一些条件: 金属与半导体的功函数相同,即:少M=。 氧化层是理想的绝缘体,即电阻率无穷大,没有体电荷 和缺陷态存在; 氧化层与半导体Si界面是理想的界面,即没有界面电荷 和界面态存在; 金属与氧化层界面是理想的界面,没有界面缺陷存在
§7.1 理想MOS结构 首先讨论p-Si作为衬底的理想的MOS结构。所谓理想的 MOS结构满足如下一些条件： •金属与半导体的功函数相同，即： •氧化层是理想的绝缘体，即电阻率无穷大，没有体电荷 和缺陷态存在； •氧化层与半导体Si界面是理想的界面，即没有界面电荷 和界面态存在； •金属与氧化层界面是理想的界面，没有界面缺陷存在。 φ = φ sM
§7.1理想MOS结构 热平衡情形能带结构: 理想MOS的平衡能带图 1)三种材料接触构成MOS结构, 在热平衡情况下E,=常数,正如 Energy band schottky接触或PN结二极管。 diagram 2)通过SO2的电流为0,因此, MOS结构由靠自身结构首先由非平 衡达到平衡的过程将非常漫长,或 对于MOS结构,重要 者需要通过辅助的导电路径,实现 的是了解不同偏置电 热平衡。 压下的能带结构和电 荷分布情形
§7.1 理想MOS结构 热平衡情形能带结构： 1）三种材料接触构成MOS结构， 在热平衡情况下Ef =常数，正如 schottky接触或P-N结二极管。 2）通过SiO2的电流为0，因此， MOS结构由靠自身结构首先由非平 衡达到平衡的过程将非常漫长，或 者需要通过辅助的导电路径，实现 热平衡。 理想MOS的平衡能带图 对于MOS结构，重要 的是了解不同偏置电 压下的能带结构和电 荷分布情形
§7.1理想MOS结构 理想MOS结构在各种偏压(vg)下的能带图和电荷分布情况 中M=￠ 能带图 所加 VG=0 G<O VT>矿G>0 VG>VT 栅压 电荷分布 S-Q 电子 名称平带 积累 耗尽 反型
§7.1 理想MOS结构 理想MOS结构在各种偏压（Vg）下的能带图和电荷分布情况 所加 栅压 电荷分布