中国科学技术大学物理系微电子专业 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AI/SiO2p-Si, 其基本的能带结构参数如下图所示。 xB 中，=光+2g qx ox =0.95eV 0 qu=4.1eV qXs1=4.05 Si ---EF EF Aluminum Eg8eV MOS Structure Silicon Silicon Dioxide Principle of Semiconductor Devices 2023/6/3 6
中国科学技术大学物理系微电子专业 • 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。 2023/6/3 Saturday 6 Principle of Semiconductor Devices
中国科学技术大学物理系微电子考业 2、理想MOS二极管的定义： 1)零偏压下，能带是平的。 师=（师n-9师，）=9师n-r+号+9州2)）=0 2)任意偏置下，二极管中只有两部分数量相等但符号相反的 电荷：半导体中的电荷和靠近氧化物的金属表面上的电荷。 3)在直流偏置下，氧化层中没有载流子输运，或者说氧化 物的电阻无限大。 Principle of Semiconductor Devices 2023/6/3 7
中国科学技术大学物理系微电子专业 2023/6/3 Saturday 7 2、理想MOS二极管的定义： 1）零偏压下,能带是平的。 0 2 B E q m s q m q s q m q q g 2）任意偏置下，二极管中只有两部分数量相等但符号相反的 电荷：半导体中的电荷和靠近氧化物的金属表面上的电荷。 3）在直流偏置下，氧化层中没有载流子输运，或者说氧化 物的电阻无限大。 Principle of Semiconductor Devices
中国科学技术大学物理系微电子专业 理想MOS二极管的能带图 VACUUM LEVEL V=0 gx 99n998 E/2 Ec Metal Oxide p-type semiconductor work function gg:the energy between the Fermi level E and the intrinsic q:electron affinity Fermi level E Principle of Semiconductor Devices 2023/6/3 8
中国科学技术大学物理系微电子专业 2023/6/3 Saturday 8 理想MOS二极管的能带图 Principle of Semiconductor Devices
中国科学技术大学物埋系微电子专业 3、平带电压 在MOS结构中，金属和半导体之间因功函数差而产 生一定的固有电压，并造成半导体能带弯曲，如果 金属对半导体加相反电压使之平衡其固有电压，则 半导体表面和体内一样，能带处处平坦。外加的能 使半享体能带是平的电压称为平帮电压VB· 对于实际的SiO,/Si MOS.二极管，在系统中有所谓 的有效界面电荷，将在金属和半导体内感应极性相 反的电荷，是造成半导体能带不平的另一个原因， 这时，必须再加一个电压才能使半导体中的电荷完 全消失，能带处处拉平。 因此实际MOS结构，平带电压分为两部分： VFB-VFBI+VFB2 Principle of Semiconductor Devices 2023/6/3 9
中国科学技术大学物理系微电子专业 2023/6/3 Saturday 9 3、平带电压 • 在MOS结构中，金属和半导体之间因功函数差而产 生一定的固有电压，并造成半导体能带弯曲，如果 金属对半导体加相反电压使之平衡其固有电压，则 半导体表面和体内一样，能带处处平坦。外加的能 使半导体能带是平的电压称为平带电压VFB。 • 对于实际的SiO2 /Si MOS二极管，在系统中有所谓 的有效界面电荷，将在金属和半导体内感应极性相 反的电荷，是造成半导体能带不平的另一个原因， 这时，必须再加一个电压才能使半导体中的电荷完 全消失，能带处处拉平。 • 因此实际MOS结构，平带电压分为两部分： VFB=VFB1+VFB2。 Principle of Semiconductor Devices
中国科学技术大学物理系微电子考业 (1)VB1:用来抵消功函数差的影响 9q中m-94 =中 (gz+Eg/2)-94_Ep-E=4。-p8 -q4 其中， Er-EL-0r -9 相对于本征费米能级定义的半导体材料的费米势。 对于给定的MOS结构， 即VB1' 决定于MOS结构所用的栅极材料和 半导体掺杂浓度。 Principle of Semiconductor Devices 2023/6/3 10
中国科学技术大学物理系微电子专业 2023/6/3 Saturday 10 （1）VFB1：用来抵消功函数差的影响 G B g m F i ms m S FB q E E q q E q q q q V ( / 2) 1 其中， F F i B q E E 相对于本征费米能级定义的半导体材料的费米势。 对于给定的MOS结构， mS 即VFB1，决定于MOS结构所用的栅极材料和 半导体掺杂浓度。 Principle of Semiconductor Devices