MOS场效应管结构电容压控特性分析

理想MIS结构电容压控特性

理想状态：半导体表面电场效应特点，多子堆积状态+多子耗尽状态+少子反型状态，相互并不联系；

实际状态：堆积状态+耗尽状态是有平带状态，

耗尽状态率→反型状态，是弱反型直→强反型态，压控特性会连续变化；

 

如：交变电压频率高，反型层中少子产生与复合，赶不上外电场变化，数量不变，耗尽区电荷变化决定空间电荷区电容，反型区内电容压控特性有准静态和高频情形区别；

PMOS场效应管连接成压控可变电容

如下图所示

 

PMOS场效应管变容管连接+压控特性

短接：漏+源+衬底

然后把它当作电容一极接高电平，栅极=另一极接低电平

电容值：与VBG 相关

VBG=衬底与栅间电压

 

PMOS场效应管变容管受衬栅电压VBG 影响，变容管电容作栅氧化层电容，与半导体空间电荷区电容串联，表达式如下：

VBG > 阈值电压

形成反型载流子沟道，变容管工作在强反型区域；

VG=栅电位

VB=衬底电位

VG>VB，变容管进入积累区

栅氧化层与半导体间界面电压>0，电子自由移动；

 

反型区与积累区变容管电容值，表达式如下：

CV=COX=εOX/tox

阈值反型点：

最大耗尽宽度 + 反型层电荷密度=0，此时的最小电容，表达式如下

 

堆积与耗尽模式间产生平带，此时电容表达式

为耗尽层的厚度

εs=半导体的介电常数

Φs=称为表面势

Na=受主原子的浓度

E=基本电荷的电量；

 

反型转折点空间电荷区最大宽度

 

φf=Vtln(Na/ni)=杂质半导体衬底相对费米势

Vt= kT/e=热电压

Ni=本征载流子浓度

K=玻尔兹曼常数，

T=绝对温度

εox=氧化层的介电常数

tox为氧化层厚度

 

PMOS场效应管在耗尽区+弱反型区+中反型区的移动载流子少，因此电容Cv减小

电容Cv < Cox

Cv形成：氧化层电容Cox与半导体表面空间电荷层电容串联

建立反型载流子沟道→强反型区间分：弱反型区+中反型区+强反型区

Cb或Ci占主导：MOS场效应管元件，工作在中反型区或是耗尽区；

Cb或Ci不占主导：MOS场效应管元件，工作在弱反型区；

若：进入强反型区，分高频+低频

 

高频：少数载流子产生与复合难以跟上信号变化，因此Cv与偏压不相关，

低频或准静态：Cv因偏压变化；

如下图所示