導(dǎo)讀

MOSFET是工業(yè)上應(yīng)用最成功的固態(tài)器件，是構(gòu)成高集成度的基本單元，而MOS電容器是MOSFET的核心，理解該電容器的特性是理解MOSFET工作原理的基礎(chǔ)，因此本文主要對MOS電容器進(jìn)行簡單介紹，希望可以對此有一個概念上的理解。

MOS電容器結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是MOSFET的核心，理解該電容器的特性是理解MOSFET工作原理的基礎(chǔ)。MOS電容器中的金屬電極為柵極（G），組成電容器的一極，襯底半導(dǎo)體是電容器的另一極，中間的氧化物為絕緣層，該絕緣層一般為二氧化硅，這樣就形成了一個MOS電容器。做MOS電容器一極的P型半導(dǎo)體電阻率很高，電子空穴數(shù)量有限，當(dāng)柵極在不同偏置情況下，襯底區(qū)可分為三種不同的情況，分別是堆積、耗盡和反型。

圖1 基于P型硅的MOS電容器結(jié)構(gòu)

堆積區(qū)

在柵極上施加相對襯底為負(fù)的偏置電壓時，大量正帶電荷的空穴被吸引到硅和氧化物層的交界面，以平衡柵極上的負(fù)電荷，導(dǎo)致表面空穴濃度超過襯底中原有的空穴濃度，稱為多子堆積，此時的半導(dǎo)體表面稱為堆積區(qū)，如圖2所示。

圖2 工作在堆積區(qū)的MOS電容器

耗盡區(qū)

在柵極上施加相對襯底為正的偏置電壓，但是電壓小于某一值（VTH）時，硅和氧化物層交界面附近的空穴濃度小于襯底中原有的空穴濃度，這種情況稱為耗盡，相應(yīng)的半導(dǎo)體區(qū)域稱為耗盡區(qū)，如圖3所示。耗盡區(qū)離化的受主負(fù)電荷平衡柵極上的正電荷，耗盡區(qū)的寬度w取決于外加電壓和襯底的摻雜水平。

圖3 工作在耗盡區(qū)的MOS電容器

反型區(qū)

在柵極上施加相對襯底為正的偏置電壓，且大于VTH時，硅和氧化物層交界面附近的電子濃度超過空穴濃度，此時表面從P型轉(zhuǎn)變?yōu)镹型，即出現(xiàn)一個N型反型層。反型層的負(fù)電荷與耗盡層離化的受主負(fù)電荷一起平衡柵極上的正電荷。襯底表面反型層形成時的柵極電壓稱為閾值電壓VTH，是MOSFET中的一個重要參數(shù)。

圖4 工作在反型區(qū)的MOS電容器