Mg Ni Pb Pd Pt PtSi
W
-
-
0.67~ 0.70 -
0.40 ~0.79
-
0.71
-
0.90
-
0.85
-
0.66
-
SiC
GaP
2.0 1.95 -
1.05 1.20
1.30 1.20 1.40 -
-
GaAs
ZnS
0.8 0.88
0.90 0.82
-
-
0.86 -
0.8 1.65 2.0 1.75 0.82
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第 六 章
M O S 场 效 应 晶 体 管
6.1 金属与半导体接触 6.2 MOS结构及其性质 6.3 MOSFET结构及工作原理 6.4 MOSFET阈值电压 6.5 MOSFET直流特性 6.6 MOSFET击穿特性 6.7 MOSFET亚阈特性 6.8 MOSFET小信号特性 6.9 MOSFET开关特性 6.10 沟道变化效应
N型半导体的掺杂浓度较低，故空间电荷区主要在半导体一边。 在空间电荷区，能带向上弯曲。这种电子的流动一直持续到金 属与半导体的费米达到一致，电子的能量分布再次达到平衡。 其结果，对于金属中的电子来说产生了高度为 q(m ) 的势垒， 相当于金属中的电子跳到导带所需的最低能量，即为肖特基势
垒(Schottky barrier)；若以sb 表示肖特基势垒的接触势，则
6.2.1 理想MOS结构与基本性质
理想 MOS 二极管不同 偏压下的能带图及 电荷分布
a) 积累现象 b) 耗尽现象 c) 反型现象
13
6.2 MOS结构及其性质
6.2.1 理想MOS结构与基本性质
2.表面势与表面耗尽区 下图给出了P型半导体MOS结构在栅极电压UG>>0情
况下更为详细的能带图。
MOS 二极管结构 a) 透视图 b) 剖面图
6.2 MOS结构及其性质
6.2.1 理想MOS结构与基本性质
1.理想MOS二极管的定义与能带 在外加零偏压时，金属功函数与半导体函数之间没有能量差，或
两者的功函数差 qms 为零
qms
(qm
qs )
qm
(q
Eg 2
qF ) 0
UG=0 时理想 MOS 二极管的能带图
6.1 金属与半导体接触
热电子发射:金属中的电子可以依靠运动的能量逸出金
属。
光电子发射(外光电子效应): 依靠光的能量放出电 子。
对于金属与真空的界面，设金属中的电子逸出到真
空所需要的最低能量为 qm 并称为金属功函数(常简称
为功函数m，二者单位不同)；同理，以qs表示半导体
的功函数，是半导体费米能级与真空能级能量E0之差。
第6章 MOS场效应晶体管
2
6.1 金属与半导体接触
6.1.1 金属与半导体接触(欧姆接触 )
欧姆接触:半导体器件及集成电路的制作。 整流接触(肖特基势垒结 ):点接触二极管或肖特 基二极管。 究竟何种接触?:取决于两种材料的功函数之差、 半导体的电子亲和势、半导体的表面态密度以及掺 杂浓度等因素。半导体器件及集成电路的制作。
能带将向下弯曲，它对于金属一侧的电子和半导体一侧的电子 都不存在事实上的势垒，从而形成欧姆接触。
对于N(P)型半导体，其能带会在界面处向上(下)弯曲，对 电子(空穴)形成势垒。
半导体
Si
Ge
电极金属
Al
0.5 ~ 0.7
0.48
Ag
0.56 ~ 0.79
-
Au
0.81
0.45
Cu
0.69 ~0.79 0.48
sb m
6.1 金属与半导体接触
对N型半导体中的电子而言，产生的势垒为 qms ,ms为
金属半导体的接触电势，即
ms m s
这和PN结的接触电势的意义相同，但一般金属-半导体的 接触电势要比PN结的低。当外加偏压的极性变化时，流过结区 的电流大小将不同，从形成所谓的整流接触。
相反，从理论上而言，若 m s ，其界面初半导体
-
1.87
1.84 -
ZnSe
-
1.36 1.10 0.70
-
1.40
-
CdS
欧姆接触
0.35 ~ 0.56 0.68 ~ 0.78 0.36 ~ 0.5
0.45 -
0.62
0.8性质
6.2.1 理想MOS结构与基本性质 MOS结构指金属-氧化物-半导体结构。 为便于讨论，规定在金属栅上所加电压UG相对于P型半 导体衬底为正，称为正向偏置电压;反之则为反向偏置电 压。
而真空能级与半导体导带底的能量之差为亲和能q，若
以表示半导体的亲和势，则
6.1 金属与半导体接触
qs q (EC EFN ) 当金属与N型半导体接触时，若 m s ，则 半导体中的自由电子将向金属流动，同时在界面 附近形成由电离施主构成的空间电荷区，由于金 属的电子浓度很高。
6.1 金属与半导体接触
6.2 MOS结构及其性质
6.2.1 理想MOS结构与基本性质
2）在任何偏置条件下，MOS结构中的电荷仅位于半导体之 中，而且与邻近氧化层的金属表面电荷数量大小相等，但 符号相反。
3）氧化膜是一个理想的绝缘体，电阻率为无穷大，在直流偏 置条件下，氧化膜中没有电流通过。
12
6.2 MOS结构及其性质
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6.2 MOS结构及其性质
6.2.1 理想MOS结构与基本性质
在下面的讨论中，定义与费米能级相对应的费米势为