详解MOS管结构电容频率函数的栅-衬电容的变化特性

在累积或耗尽条件下，用以终止半导体表面栅极电场的电荷是来自衬底的多数载流子。因此，在半导体表面将跟随栅极上的外加高频交流信号而感生电荷，只要

式中τD为与半导体衬底有关的介电驰豫时间。（材料的介电驰豫时间τD等于介电常数乘以其电阻率。例如，电阻率为5-欧姆-厘米的硅，τD等于5×10^-12秒。）

在反型条件下，情况完全不同，现在，终止栅极电场的电荷是由衬底的少数载流子提供的。霍夫斯泰因（Hofstein）和沃菲尔德²（Warfield）已经证明：能使反型层带电的少数载流子可以通过下列几种机理的单独作用或综合作用获得：

1、紧贴反型层下面的耗尽区中的产生-复合。

2、通过位于绝缘物-半导体界面的表面态的产生-复合。

3、少数载流子扩散到耗尽区边缘，而通过耗尽区漂移到反型层。

上述每-机理都有其各自的电流，都能使表面反型层带电。不过，因为每一种电流的数值都相当小，即使三种机理同时起作用，给反型层充电的时间也相当长。因此，反型层响应时间远远长于介电弛豫时间。（典型的反型层响应时间约为10^-2-10^-1秒数量级。）

正如3.13节所指出，在反型条件下，MOS结构电容是频率的强函数，而不论反型层电荷能否随外加栅压的交流变化。如表面反型层的响应时间记成了，那末在时，反型层将随外加在栅极频率为f的信号变化，而在频率时，反型层就不随外加栅极信号的交流变化，并出现不平衡状况。因此，在累积和耗尽条件下，对于实用的所有频率，MOS电容器电容-电压曲线与频率无关；而当出现表面反型层时，情况就不是这样。由（3.16）和（3.17）分别描述的极限情况下的MOS电容的低频和高频特性将在以下两节讨论。

在多数MOS器件中，决定反型层响应时间的主要机理通常是位于耗尽区内中心的产生-复合机制。因为器件工作温度的增加或用光照射都将增加载流子的产生-复合率，从而增加与这个机理有关的电流，结果反型层响应时间将相应地减少。因此，在这样的条件下，由（3.16）给出的热平衡要求对较高的频率而言将得到满足，而这种情况又反映到器件的电容-电压观测特性上。

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