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实验三 MOS 结构高频C-V 特性测试MOS 结构电容-电压特性（简称C-V 特性）测量是检测MOS 器件制造工艺的重要手段。
它可以方便地确定二氧化硅层厚度、衬底掺杂浓度N、氧化层中可动电荷面密度、和固定电荷面密度等参数。
ox d I Q fc Q 本实验目的是通过测量MOS 结构高频C-V 特性及偏压温度处理（简称BT 处理），确定、N、和等参数。
ox d I Q fc Q一、 实验原理MOS 结构如图1（a）所示，它类似于金属和介质形成的平板电容器。
但是，由于半导体中的电荷密度比金属中的小得多，所以充电电荷在半导体表面形成的空间电荷区有一定的厚度（—微米量级），而不像金属中那样，只集中在一薄层（—0.1nm）内。
半导体表面空间电荷区的厚度随偏压而改变,所以MOS 电容是微分电容 G V GG dV dQ AC = （1） 式中是金属电极上的电荷面密度,A是电极面积。
现在考虑理想MOS结构。
所谓理想情形，是假设MOS结构满足以下条件：（1）金属与半导体间功函数差为零；（2）绝缘层内没有电荷；（3）与半导体界面处不存在界面态。
偏压V G Q 2O S i 2O S i G 一部分在降在上，记作；一部分降在半导体表面空间电荷区，记作,即2O S i ox V S V S OX G V V V += （2）S V 又叫表面势。
考虑到半导体表面空间电荷区电荷和金属电极上的电荷数量相等、符号相反，有G SC Q Q = （3）式中是半导体表面空间电荷区电荷面密度。
将式（2）、（3）代入式（1），SC Q S ox S ox Sox S ox G G G C C C C C C dV dV dQ A dV dQ A C +=+=+==111 （4） 式（4）表明MOS 电容由和串联构成，其等效电路如图1（b）所示。
其中是以为介质的氧化层电容，它的数值不随改变；是半导体表面空ox C S C ox C 2O S i G V S C间区电容，其数值随改变，因此G V oxro ox G ox d A dV dQ A C εε0== （5） S SC S dV dQ AC = （6） 式中ro ε是相对介电常数。
实验四 MOS 结构C-V 特性测量及BT 实验一. 实验目的与意义对MOS 结构测量其高频电压-电容（C-V ）曲线，以及利用正、负偏压温度处理方法（简称±BT 试验）进行Si/SiO 2界面研究，可以获得MOS 结构的多个参数：二氧化硅层的厚度，衬底硅掺杂类型、浓度，以及二氧化硅层中可动电荷与固定电荷密度。
通过实验全过程的操作及数据处理，使学生加深对所学“固态电子论”中半导体表面理论的理解，特别是硅-二氧化硅系统性质的理解。
掌握用C-V 方法测量MOS 结构样品的多个参数。
二. 实验原理MOS 结构如图1a 所示，它类似于金属和介质形成的平板电容器。
但是由于半导体中的电荷密度比金属中的小得多，所以充电电荷在半导体表面形成的空间电荷区有一定的厚度（在微米量级），而不象金属那样，只集中在一薄层（约）内。
半导体表面空间电荷区的厚度随外加偏压V G 而改变，所以MOS 电容C 是微分电容。
(a) 结构示意图 (b) 等效电路 (c) p-SiMOS 理想C-V 曲线图4-1 MOS 结构及其C-V 特性G G dv dQ A C = （4-1）式中： Q G 是金属电极上的电荷面密度；A 是电极面积。
理想情形可假设MOS 结构满足下列条件：① 金属-半导体间的功函数差为零；② SiO 2层中没有电荷；③ SiO 2与半导体界面处不存在界面态。
偏压V G 一部分降在SiO 2上，记为Vo ；一部分降在半导体表面空间电荷区，记为Vs ，即：S G V Vo V += (4-2)Vs 又称为表面势。
考虑到半导体空间电荷区电荷和金属电极上的电荷数量相等、符号+相反，有:G s Q Q = (4-3)式中：Qs 为半导体表面空间电荷区电荷面密度。
将（4-2）、（4-3）代入（4-1）式，有：S O G G G dV dV dQ A dV dQ A C +==SO S O C C C C += （4-4） 式（4-4）表明MOS 电容是C 0和Cs 串联而成，其等效电路为图4-1 的b 所示。
半导体器件物理哈理⼯复习资料缩印1.PN 结：采⽤不同的掺杂⼯艺，通过扩散作⽤，将P 型半导体和N 型半导体制作在同⼀块半导体基⽚上，在它们的交界⾯就形成空间电荷区称为PN 结。
2.雪崩击穿：随着PN 结反向电压的增加，势垒中电场强度也在增加。
当电场强度达到⼀定程度后，势垒区中载流⼦就会碰撞电离出新的电⼦—空⽳对。
新的电⼦—空⽳对在电场作⽤下继续碰撞产⽣新的载流⼦，如此反复即碰撞电离率增加，流过PN 结的电流急剧增⼤，击穿PN 结。
3.空间电荷区：在PN 结中，由于⾃由电⼦的扩散运动和漂移运动，使PN 结中间产⽣⼀个很薄的电荷区，就是空间电荷区。
4.耗尽层电容：由于耗尽层内空间电荷随偏压变化所引起的电容称为PN 结耗尽层电容。
5.MOS 阈值电压：阈值电压si -ψ+=O B TH C Q V 是形成强反型层时所需要的最⼩栅极电压。
它的第⼀项表⽰在形成强反型层时，要⽤⼀部分电压去⽀撑空间电荷QB ；第⼆项表⽰要⽤⼀部分电压为半导体表⾯提供达到强反型时需要的表⾯势si ψ。
6.强反型：当表⾯电⼦浓度等于体内平衡多⼦浓度时，半导体表⾯形成强反型层。
7.载流⼦扩散漂移观点分析空间电荷区形成当N 型P 型材料放在⼀起时，P 型材料中多的空⽳向N 型扩散，N 型多的电⼦向P 型扩散，由于扩散，在互相靠近N 侧和P 侧分别出现施主离⼦和受主离⼦，这些空间电荷建⽴⼀个电场，即空间电荷区。
8.载流⼦扩散漂移分析PN 结单向导电性若在PN 结加正向电压，PN 结势垒⾼度下降，减⼩的势垒⾼度有助于扩散通过PN 结，形成⼤的电流，若加反向电压，势垒⾼度增加，漂移作⽤增强，阻挡载流⼦通过PN 结扩散，所以PN 结单向导电1.5种半导体器件：PN 结，光电⼆极管，JFET,MOSFET ，太阳能电池。
2.PN 结隧道电流产⽣条件：费⽶能级进⼊能带；空间电荷层的宽度很窄，因⽽有⾼的隧道3.穿透概率；在相同的能⼒⽔平上，在⼀侧的能带中有电⼦⽽在另⼀侧的能带中有空的状态。
“反型”（导电类型从p型转化为n型，或从n型转化为p型）MOSFET 的分类及特性曲线§4-2 MOSFET的阈电压VTMOS结构在栅电压的作用下，半导体的表面（或氧化物与半导体之间的界面）处会出现哪几种状态？p型衬底MOS结构（理想）能带图与电荷块图两个定义定义：使栅下的硅表面处刚开始发生强反型时的栅电压称为阈电压（Threshold Voltage)，记为VT 。
定义：当硅表面处的少子浓度达到或超过体内的平衡多子浓度时，称为表面发生了强反型。
阈值电压是决定MOSFET能否导通的临界栅电压，因此又称开启电压，是MOSFET的重要参数之一。
φ上图中:FP称为P 型衬底的费米势内与表面本征费米势之差根据表面势的定义（体内与表面本征费米势之差）对理想MOS 结构，当栅极施加电压V G ，V G 降落在什么地方？sOX G V V φ+=栅电极栅氧化层P 型半导体Q n Q M Q A1、一部分降落在栅氧化层上，使MOS 结构中产生感应电荷。
2、另一部分则降落在半导体表面上，使能带弯曲，产生表面势φS ，以提供相应的感应电荷。
所以所以有二、实际MOS 结构的阈电压,0≠≠MS ox Qφ热生长的SiO 2-Si 结构中电荷中心的特点及位置关于氧化层电荷（Q ox )的来源、特点与位置，以及工艺上如何减少这些电荷，可参考Robert F.Pierret 的《半导体器件基础》p465-480<MS φ0>OX Q 实际MOS 结构中一般的能带的弯曲量为OXOXMS S C Q qq q +−=φφ要使表面发生强反型，应使表面处的，这时能带总的弯曲量是。
FP is F q E E φ=−FP q φ2FPinv S S φφφ2,==此时的表面势为：2.3 实际MOS 结构当V G = V T 时的能带图1、V T 一般表达式的导出三、MOSFET的V T与MOS 结构相比，在MOSFET 中发生了以下变化：a) 栅与衬底之间的外加电压由V G 变为(V G -V B ) ，因此有效栅电压由(V G -V FB ) 变为(V G -V B -V FB ) 。
