導讀

MOSFET是工業上應用最成功的固態器件，是構成高集成度的基本單元，而MOS電容器是MOSFET的核心，理解該電容器的特性是理解MOSFET工作原理的基礎，因此本文主要對MOS電容器進行簡單介紹，希望可以對此有一個概念上的理解。

MOS電容器結構如圖1所示，它是MOSFET的核心，理解該電容器的特性是理解MOSFET工作原理的基礎。MOS電容器中的金屬電極為柵極（G），組成電容器的一極，襯底半導體是電容器的另一極，中間的氧化物為絕緣層，該絕緣層一般為二氧化硅，這樣就形成了一個MOS電容器。做MOS電容器一極的P型半導體電阻率很高，電子空穴數量有限，當柵極在不同偏置情況下，襯底區可分為三種不同的情況，分別是堆積、耗盡和反型。

圖1 基于P型硅的MOS電容器結構

堆積區

在柵極上施加相對襯底為負的偏置電壓時，大量正帶電荷的空穴被吸引到硅和氧化物層的交界面，以平衡柵極上的負電荷，導致表面空穴濃度超過襯底中原有的空穴濃度，稱為多子堆積，此時的半導體表面稱為堆積區，如圖2所示。

圖2 工作在堆積區的MOS電容器

耗盡區

在柵極上施加相對襯底為正的偏置電壓，但是電壓小于某一值（VTH）時，硅和氧化物層交界面附近的空穴濃度小于襯底中原有的空穴濃度，這種情況稱為耗盡，相應的半導體區域稱為耗盡區，如圖3所示。耗盡區離化的受主負電荷平衡柵極上的正電荷，耗盡區的寬度w取決于外加電壓和襯底的摻雜水平。

圖3 工作在耗盡區的MOS電容器

反型區

在柵極上施加相對襯底為正的偏置電壓，且大于VTH時，硅和氧化物層交界面附近的電子濃度超過空穴濃度，此時表面從P型轉變為N型，即出現一個N型反型層。反型層的負電荷與耗盡層離化的受主負電荷一起平衡柵極上的正電荷。襯底表面反型層形成時的柵極電壓稱為閾值電壓VTH，是MOSFET中的一個重要參數。

圖4 工作在反型區的MOS電容器