半导体器件物理7章MOS原理

1 第 7章 MOSFET原 理 7.1 金 属 、半导体的功函数 在绝对零度时，金属中的电子填满了费米能级FE以下的所有能级，而高于费米能级FE 的所有能级全部是空的。温度升高时，只有费米能级FE 附近的少数电子受到热激发，由低于FE 的能级跃迁到高于FE 的能级上，但大部分电子仍不能脱离金属而逃逸出体外。这意味着金属中的电子虽然能够在金属中自由运动，但绝大多数电子所处的能级都低于体外（真空）的能级。要使金属中的电子从金属中逸出，必须由外界给它以足够的能量。从量子力学的观点看，金属中的电子是在一个势阱运动。用0E 表示真空中静止电子的能量。如图 7.1所示。 定义某种材料的功函数为：真空电子能量0E 与材料的费米能级FE 的差值。 2 则金属的功函数为07 .1mFmWEE 半导体的功函数为07 .2sFsWEE 功函数的物理意义：表示电子从起始能量等于FE 由金属内逸出（跳到真空）需要的最小能量。 注意：半导体的费米能级随掺杂浓度改变，因而其功函数也随掺杂浓度变化。 图 7.1 还显示了从0cEE的能量间隔  ，  称谓电子亲和能，表示使处于半导体导带底的电子逃逸出体外（跳到真空能级）需要的最小能量。 即07 .3cEE  利用电子的亲和能，半导体的功函数又可以表示为 7 .4()ScFSncFSnWEEeEEeNsemiconductor 表7.1 列出了硅在不同掺杂浓度下对应的功函数 331 41 51 61 41 51 67 .11 01 01 01 01 01 04 .3 74 .3 14 .2 54 .8 74 .9 34 .9 9SdaWeVntype Ncmptype NcmSi表硅的功函数与掺杂浓度的关系（计算值）半导体材料功函数 7.2金 属 － 氧 化 物 － 半 导 体场效应晶体管(MOSFET) 引言：MOS器件的发明先于双极器件，但由于加工工艺条件的限制，双极器件的商品化要早于MOS器件。 3 随着半导体集成电路工艺的改善，MOS集成电路才有了突非猛进的发展。CMOS技术在历史上一度很盛行，大约在 15年前，有一种观点认为 CMOS电路会取代双极电路，现在，这一观点已变成了失败的预言。 MOS集成电路是由单个的MOS器件组成的各种功能单元组成的。MOS器件的核心是一个称为 MOS电容的金属－氧化物－半导体结构。理解 MOS器件的工作原理，最简单的方法应该从 MOS电容的结构出发，在电容的金属极板上相对于另一极板半导体衬底施加不同的电压，观察电容的介质即氧化物与半导体界面附近...