平带电压

编辑:皱褶网互动百科 时间:2020-02-17 17:56:11
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平带电压(Flat band voltage)就是在MOS系统中、使半导体表面能带拉平(呈平带状态)所需要外加的电压。

平带电压平带电压概念

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平带状态一般是指理想MOS系统中各个区域的能带都是拉平的一种状态。对于实际的MOS系统,由于金属-半导体功函数差φms和Si-SiO2系统中电荷Qf 的影响, 在外加栅极电压为0 时,半导体表面的能带即发生了弯曲,从而这时需要另外再加上一定的电压才能使能带拉平,这个额外所加的电压就称为平带电压

平带电压平带电压的计算

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平带电压可分为两部分相加,Vfb=Vfb1+Vfb2,Vfb1用来抵消功函数差的影响,Vfb2用来消除氧化层及界面电荷的影响。
1)Vfb1
Vfb1=φms=φg-φf
对于多晶硅栅,高掺杂的情况下,φg≈0.56V,+用于p型栅,-用于n型栅。
φf是相对于本征费米能级的费米势。
2)Vfb2
以固定的有效界面电荷Q0来等效所有各类电荷作用,Vfb2=-Q0/Cox。
Cox为单位面积氧化层电容,可用ε0/dox求得。
总结起来,Vfb=φg-φf-Q0/Cox。[1] 

平带电压平带电压与阈值电压的关系

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MOS的阈值电压是指使半导体表面产生反型层(即沟道)时所需要外加的栅极电压。
如果存在平带电压,栅压超过平带电压的有效电压使得半导体表面出现空间电荷层(耗尽层),然后再进一步产生反型层;故总的阈值电压中需要增加一个平带电压部分。
由于平带电压中包含有Si-SiO2系统中电荷Qf 的影响,而这些电荷与工艺因素关系很大,故在制作工艺过程中需要特别注意Na离子等的沾污,以便于控制或者获得预期的阈值电压。

平带电压平带电压的测定

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对于体相的半导体材料而言,我们可以通过Mott-Schottly公式推算,进行简化戳通过作图大体上计算出其平带电位,但是对于纳米级别的半导体材料则主要是通过仪器的直接测定。
电化学方法:在三电极体系下,使用入射光激发半导体电极,并改变电极上的电势。当施加的电位比平带电位偏负的时候,光生电子不能够进入外电路,也就是说不会产生光电流。相反,当施加的电位比平带电位偏正的时候,光生电子则能偶进入外电路,进而产生光电流。所以开始产生光电流的电势即为该纳米半导体的平带电位。
光谱电化学方法:该方法同样是在三电极体系下,对半导体纳米晶施加不同的电位,测量其在固定波长下吸光度的变化。基本的原理与电化学方法大体相同。当电极电位比平带电位正时,吸光度不发生变化;偏负时则急剧上升。因为,吸光度开始急剧上升的电位即为纳米半导体的平带电位。
参考资料
  • 1.    《半导体器件物理基础》
词条标签:
理学