为什么MOS电容在VGS为0时氧化层下仍有mos管增强型和耗尽型层

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5-mos场效应管的特性
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3秒自动关闭窗口增强型、耗尽型MOS场效应管
增强型、耗尽型MOS场效应管
根据导电方式的不同，MOSFET又分增强型、耗尽型。所谓增强型是指：当VGS=0时管子是呈截止状态，加
上正确的VGS后，多数载流子被吸引到栅极，从而―增强‖了该区域的载流子，形成导电沟道。&
沟道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在P型半导体上生成一层SiO2&薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出电极，一个是漏极D，一个是源极S。在源极和漏极之间的
绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。&&
当VGS＝0&V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。&&当栅极加有电压时，若0＜VGS＜VGS(th)时，通过栅极和衬底间形成的电容电场作用，将靠近栅极下方的P型半导体中的多子空穴向下方排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层；同时将吸引其中的少子向表层运动，但数量有限，
不足以形成导电沟道，将漏极和源极沟通，所以仍然不足以形成漏极电流ID。&&
进一步增加VGS，当VGS＞VGS(th)时（&VGS(th)称为开启电压），由于此时的栅极电压已经比较强，在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成沟道，将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流ID。在栅极下方形成的导电沟道中的电子，因与P型半导体的载流子空穴极性相反,故称为反型层。
随着VGS的继续增加,ID将不断增加。在VGS＝0V时ID＝0，只有当VGS＞VGS(th)后才会出现漏极电流，所
以,这种MOS管称为增强型MOS管。&&
VGS对漏极电流的控制关系可用iD＝f(VGS(th))|VDS=const这一曲线描述，称为转移特性曲线。&&
转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。&gm的量纲为mA/V，所以gm也
称为跨导。跨导。&
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第五章MOS场效应管的特性5.1MOS场效应管5.2MOS管的阈值电压5.3体效应 5.4MOSFET的温度特性5.5MOSFET的噪声5.6MOSFET尺寸按比例缩小5.7MOS器件的二阶效应 5.1MOS场效应管 5.1.1MOS管伏安特性的推导两个PN结：1）N型漏极与P型衬底；2）N型源极与P型衬底。同双极型晶体管中的PN结一样，在结周围由于载流子的扩散、漂移达到动态平衡，而产生了耗尽层。一个电容器结构：栅极与栅极下面的区域形成一个电容器，是MOS管的核心。MOSFET的三个基本几何参数栅长:
W氧化层厚度: toxMOSFET的三个基本几何参数Lmin、Wmin和tox由工艺确定Lmin：MOS工艺的特征尺寸(featuresize)决定MOSFET的速度和功耗等众多特性L和W由设计者选定通常选取L=Lmin，由此，设计者只需选取WW影响MOSFET的速度，决定电路驱动能力和功耗MOSFET的伏安特性:电容结构当栅极不加电压或加负电压时，栅极下面的区域保持P型导电类型，漏和源之间等效于一对背靠背的二极管，当漏源电极之间加上电压时，除了PN结的漏电流之外，不会有更多电流形成。当栅极上的正电压不断升高时，P型区内的空穴被不断地排斥到衬底方向。当栅极上的电压超过阈值电压VT，在栅极下的P型区域内就形成电子分布，建立起反型层，即N型层，把同为N型的源、漏扩散区连成一体，形成从漏极到源极的导电沟道。这时，栅极电压所感应的电荷Q为，Q=CVge式中Vge是栅极有效控制电压。非饱和时，在漏源电压Vds作用下，这些电荷Q将在?时间内通过沟道，因此有MOSFET的伏安特性—方程推导非饱和情况下，通过MOS管漏源间的电流Ids为：MOSFET特性曲线在非饱和区 ?线性工作区在饱和区(Ids与Vds无关).MOSFET是平方律器件!5.1.2MOSFET电容的组成MOS电容是一个相当复杂的电容，有多层介质：首先，在栅极电极下面有一层SiO2介质。SiO2下面是P型衬底，衬底是比较厚的。最后，是一个衬底电极，它同衬底之间必须是欧姆接触。MOS电容还与外加电压有关。1）当Vgs&0时，栅极上的负电荷吸引了P型衬底中的多数载流子—空穴，使它们聚集在Si表面上。这些正电荷在数量上与栅极上的负电荷相等，于是在Si表面和栅极之间，形成了平板电容器，其容量为， 通常，?ox=3.9?8.854?10-4F/cm2；A是面积，单位是cm2；tox是厚度，单位是cm。MOS电容—SiO2和耗尽层介质电容2）当Vgs&0时，栅极上的正电荷排斥了Si中的空穴，在栅极下面的Si表面上，形成了一个耗尽区。耗尽区中没有可以自由活动的载流子，只有空穴被赶走后剩下的固定的负电荷。这些束缚电荷是分布在厚度为Xp的整个耗尽区内，而栅极上的正电荷则集中在栅极表面。这说明了MOS电容器可以看成两个电容器的串联。以SiO2为介质的电容器——Cox以耗尽层为介质的电容器——CSi总电容C为:比原来的Cox要小些。MOS电容—束缚电荷层厚度耗尽层电容的计算方法同PN结的耗尽层电容的计算方法相同:利用泊松公式式中NA是P型衬底中的掺杂浓度，将上式积分得耗尽区上的电位差?：从而得出束缚电荷层厚度MOS电容—耗尽层电容这时，在耗尽层中束缚电荷的总量为，它是耗尽层两侧电位差?的函数，因此，耗尽层电容为，是一个非线性电容，随电位差的增大而减小。MOS电容—耗尽层电容特性随着Vgs的增大，排斥掉更多的空穴，耗尽层厚度Xp增大，耗尽层上的电压降?就增大，因而耗尽层电容CSi就减小。耗尽层上的电压降的增大，实际上就意味着Si表面电位势垒的下降，意味着Si表面能级的下降。一旦Si表面能级下降到P型衬底的费米能级，Si表面的半导体呈中性。这时，在Si表面，电子浓度与空穴浓度相等，成为本征半导体。MOS电容—耗尽层电容特性(续)3）若Vgs再增大，排斥掉更多的空穴，吸引了更多的电子，使得Si表面电位下降，能级下降，达到低于P型衬底的费米能级。这时，Si表面的电子浓度超过了空穴的浓度，半导体呈N型，这就是反型层。不过，它只是一种弱反型层。因为这时电子的浓度还低于原来空穴的浓度。随着反型层的形成，来自栅极正电荷发出的电力线，已部分地落在这些电子上，耗尽层厚度的增加就减慢了，相应的MOS电容CSi的减小也减慢了。MOS电容—凹谷特性5）当Vgs继续增大，反型层中电子的浓度增加，来自栅极正电荷的电力线，部分落在这些电子上，落在耗尽层束缚电子上的电力线数目就有所减少。耗尽层电容将增大。两个电容串联后，C将增加。当Vgs足够大时，反型层中的电子浓度已大到能起到屏蔽作用，全部的电力线落在电子上。这时，反型层中的电子将成为一种镜面反射，感应全部负电荷，于是，C=Cox。电容曲线出现了凹谷形，如图
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