IGBT中的MOS結(jié)構(gòu)—輸入電容（上）

MOS是金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，氧化物是絕緣層，有絕緣層即意味著存在電容。大家知道，電容常見表達式為，即電容存儲的電荷是電容與電壓的乘積；是電流與時間的積分，而MOS中的閾值電壓受到電容的控制，因此電容決定了MOS的開啟速度，進而也就決定了IGBT的頻率響應(yīng)特性。

還是以溝槽型IGBT的MOS結(jié)構(gòu)為例，如圖所示，其輸入電容包含兩個部分，一是柵極與源極之間的電容，二是柵極與漏極之間的電容。

我們先看，包括（）與，以及金屬的重疊部分，即柵極與源極之間的電容

等式右邊的各項電容均可根據(jù)其幾何尺寸計算得出，

其中，為真空介電常數(shù)，為氧化物的相對介電常數(shù)，為重合面積（注意，這里忽略了重疊的邊緣部分電容）。的下標(biāo)加一個“1”，是因為這個表達式還需要修正。

回顧一下之前對于MOS能帶彎曲的分析，隨著柵極電壓的增加（P型半導(dǎo)體），半導(dǎo)體與氧化硅界面會經(jīng)歷先耗盡后反型的的過程，最終形成溝道。所以中還存在一個耗盡電容，與串聯(lián)。

是一個隨柵極電壓變化的電容。當(dāng)MOS柵極施加負(fù)電壓時，柵氧與P型硅表面會產(chǎn)生積累的正電荷，相應(yīng)地，在柵氧與多晶硅的界面產(chǎn)生負(fù)電荷積累，這是一個對充電的過程，所以可認(rèn)為不存在；當(dāng)MOS柵極施加正電壓時， P型硅表面的空穴被排斥，形成耗盡區(qū)，導(dǎo)帶向接近費米能級的方向彎曲，耗盡區(qū)的寬度對應(yīng)。在前面對MOS閾值電壓的“強反型”說明中，未做具體推導(dǎo)，但給出了強反型的結(jié)論，即將隨呈指數(shù)級增長，根據(jù)電容的定義，

顯然耗盡區(qū)的寬度會隨柵極電壓的增加而增加，直到反型層形成，耗盡區(qū)不再擴展，相應(yīng)的達到最小值。所以，可以預(yù)期的變化趨勢如下圖所示。

注：因為電容測試必須用交流信號，而反型層的電荷分布可能受隨交流信號的變化而變化，尤其是對于功率MOS而言，反型層中電子很容易從發(fā)射極得到補充，所以在低頻信號下難以測到，經(jīng)常測到的CV曲線是圖中的虛線所示。