MOS結(jié)構(gòu)和MOSFET反型層電荷的來源

我們知道，MOS結(jié)構(gòu)的CV曲線是跟頻率相關(guān)的，高頻和低頻曲線長這樣，但是用MOS管是測不出來高頻曲線的，只能測出低頻曲線，為什么呢，下面來簡單盤一盤。

MOS結(jié)構(gòu)和MOSFET的區(qū)別就在于反型狀態(tài)下的電容特性，到底是只考慮氧化層電容還是氧化層電容和結(jié)電容的串聯(lián)，關(guān)鍵在于反型層中的電荷變化是否能跟上外加電壓的變化。MOS結(jié)構(gòu)和MOSFET的CV曲線的差異，究其本質(zhì)，在于MOS結(jié)構(gòu)和MOSFET中反型層電荷來源是不一樣的。

MOS結(jié)構(gòu)反型層電荷的來源

以P型襯底的MOS結(jié)構(gòu)為例，為方便理解，反型時半導(dǎo)體一側(cè)可以當(dāng)作反偏的PN + 結(jié)來看待，即耗盡區(qū)只在P區(qū)一側(cè)擴展，此時，隨著柵極電壓增加，反型層電子數(shù)量也要相應(yīng)增加，從哪來呢，回顧下反偏PN + 結(jié)的電流成分，要么P區(qū)的少子電子通過耗盡區(qū)擴散到反型層那邊去，這就是理想PN結(jié)的反向飽和電流的那部分；另外就是反偏產(chǎn)生電流，就是在耗盡區(qū)中由于熱運動產(chǎn)生的電子空穴對。還有其他成分嗎？感覺應(yīng)該沒了哈。

由PN結(jié)的開關(guān)特性我們知道，這兩個電流成分不能瞬間產(chǎn)生也不能瞬間消失，所以是跟頻率有關(guān)的。但這又產(chǎn)生了一個問題，到底多高才算高頻，多低才叫低頻呢？其實這跟載流子的壽命有關(guān)。我們知道，PN結(jié)的開關(guān)時間主要由反向恢復(fù)時間決定，如果這個時間大于你測電容的交流小信號周期，那么你就測不到反型層電荷隨外加電壓信號變化的這個過程，自然測出來的就是高頻曲線。對于目前主流的制造工藝來說，在不加少子壽命控制技術(shù)的情況下，載流子的壽命相對來說還是比較長的，一般測出來的都是高頻曲線，要想測出低頻曲線，必須用準(zhǔn)靜態(tài)方法。

還有一個問題，就是襯底能產(chǎn)生足夠多的電子嗎？假設(shè)P型襯底濃度為10 16cm-3，那么其少子電子的濃度就只有10 4cm-3，就這么點夠反型層霍霍嗎，當(dāng)然不夠，實際上反偏PN結(jié)的產(chǎn)生電流遠大于擴散電流，所以這里反型層電荷主要由耗盡區(qū)產(chǎn)生電流提供。

MOSFET反型層電荷的來源

對于MOSFET，上面這套理論同樣適用，以P型襯底的N溝道MOSFET為例，關(guān)鍵是它多了N + 源區(qū)，跟反型層勾搭在一起，可以快速地給反型層提供足夠多的電子，甭管你信號頻率有多高，反型層都能足夠快地響應(yīng)你的變化，所以MOSFET測出來的都是典型的低頻曲線。