加载中…表面态和MIS结构：MOS管的雏形
(2014-08-17 13:39:34)
标签：
半导体集成电路pn结mismos |
分类： 温故知芯 |
8. 表面态和MIS结构：MOS管的雏形
在研究PN结时发现了金属和半导体整流接触时，金属一边的势垒并不会随金属材料变化，而是被钉扎在1/3的禁带宽度上，这是由于半导体的表面存在表面态的原因。
半导体内部的结构比较简单，但是表面却比较复杂，为了研究半导体表面状态，发明了MIS结构来观察观察半导体表面。
MIS结构如图1.1
图1.1
金属和P型半导体都是导电材料，与绝缘体构成平板电容，电容C0大小为：
C0=ErE0/d
d是绝缘体的厚度。
考虑在金属和半导体上加上电压
a1.
金属加负电压，P型半导体在表面感应出同样多的正电荷，这些正电荷是空穴的堆积，空穴在P型半导体中是多子，所以在金属上加负电压，造成多子的堆积。
a2.
金属加正电压，P型半导体在表面感应出同样的负电荷，这些负电荷是空穴被驱赶，留下带负电的固定电荷，形成多子的耗尽层。
a3.
继续增加金属的正电压，空穴被进一步驱出，电子在P型半导体表面堆积，形成表面电子浓度大于空穴浓度，即表面成了N型半导体，P型半导体表面形成了反型层。
实验结果表明，金属上需要加到一定的正电压后才会形成反型层。这个形成反型层时候的电压在研究MOS器件时是一个十分重要的参数。
MIS结构在金属端加入不同偏压时，半导体表面会形成耗尽层，这和PN结加不同偏压时是一样的。
所以可以用研究PN结的方法研究MIS
首先是通过解 泊松方程 求得MIS结构中的电势，势垒，然后求势垒宽度，然后求电荷
然后根据微分电容的定义C=|dQ/dV|求Cs
求出不同偏压下的MIS结构的电容如图1.2
MIS的电容随金属极的外加偏压变化，这个结论很有用，
但是MIS更重要的一点是，通过控制MIS结构的外加偏压，可以控制半导体表面的状态。
在MIS P型半导体时，外加一定的正偏压时，P型半导体表面形成了反型层，表面电子浓度大于空穴浓度，
这层电子反型层就像一根金属导线一样。
聪明人就是聪明人。。。。。。这种外加电压控制"金属导线"的结构稍加改进就形成20世纪末21世纪初最重要的电子器件。。。。MOSFET。。。。如图1.3所示
图1.3
金属还是那个金属
半导体还是那个半导体
绝缘体还是绝缘体，不过使用的是氧化物，SiO2
只不过在MIS结构左右加了两个N型半导体和两个电极
如果在金属上加负电压，那么P型半导体表面是空穴的堆积层，
N型半导体和P型半导体形成两个背对背的PN结。
如果在金属上加正电压，随着电压的 增大
P型半导体表面会形成反型层，这个反型层就相当于是N型半导体
所以反型层把两个N型半导体连接起来了。
两个N型半导体接起来就使得它们之间是电阻的通路。
所以MOS结构就是一个可控开关。
开关可以形成状态的切换，是数字逻辑的基础。。。。。。
关键词： 表面态，MIS，MIS电容，平带电容Cfb，MOS，开关
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