其中
?2?Vssxd???qpp0?????1/2是耗尽区宽度。耗尽状态下的表面电容
的表达式跟平板电容的表达式一致。 4． 反型状态
随着外加电压V增大，表面处位于禁带中央的本
G征费米能级E下降到E之下，就会在表面处形成反型
FiF层。反型可分为弱反型和强反型两种，以表面处少子浓度与体内多子浓度的大小来界定。当表面处的少子浓度小于体内的多子浓度时，称为弱反型；当表面处的少子浓度大于体内的多子浓度时，称为强反型。表面处的少子浓度为
ns?np02?Vs??Vs?niexp??exp???VpVp0?t??t??8.54?
?pp0当表面处的少子浓度等于体内的多子浓度时，即n时，上式为
?V?22pp0?niexp?s??Vt?pp0?Vs??niexp??2Vt??s?8.55?或
(8.56)
另一方面，根据波尔兹曼统计
pp0??fp??EFi?EF??niexp??......(8.57)??niexp?kTV???t?
比较式(8.56)和式(8.57)可得强反型临界条件是
Vs?2?fp......(8.58)
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强反型临界条件时的能带图如下图所示。因为
???fp?E?EF?np0?niexp?Fi?nexp?i?kT???Vt??......(8.59)?
式(8.59)?式(8.57)的两边
np0pp0??2?fp???Vs?exp??exp??Vt???Vt??......(8.60)?带入F函数
1/2V此时的F???s?Vt,np0pp0???Vs????V???t???Vs?????1?exp?????Vt?????......(8.61)
Vs?Vt时，
??Vs?exp???1?Vt?1。式(8.61)可以简化
?Vnp0F?s,?Vpp0?t??V?2s????......(8.62)???Vt?将上式带入式(8.40)、式(8.41) 和式 (8.42)中得
2Vt?Vs?Es???LD?Vt?1/2......(8.63)1/2
1/22?sVt?Vs?Qs????LD?Vt????2?sqNaVs????2?sqNa?2?fp????1/2......(8.64)
Cs???LD?Vt??s?Vs??1/2??2?Vst??qpp0??s????1/2?Vs????Vt?1/2??sxd......(8.65)
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当Vs?2?fp时，Vs?Vt，F函数中的
np0pp0?V?exp?s??Vt?项随V指数增
s加，其值较其它项都大的多，故可以略去其它项，可得
1?Vnp0F?s,?Vpp0?t??np0?????p??p0?2?Vs??ns?exp??????p2Vt????p01/2????1/2......(8.66)
2Vt?nsEs??LD??pp0????1/2?2Vtqns?????s??????1/2......(8.67)
2?sVt?np0Qs???LD??pp0?V?1/2exp?s????2Vtq?sns?......(8.68)
?2Vt???nCs?s?sLD??pp0?????1/2......(8.69)
应该值得注意：一旦出现强反型，表面耗尽层宽度就会达到最大值x，不再随外电压的增加而增加。这是
dm因为反型层中的电子屏蔽了外电场的作用。 5.电容－电压特性
MOS电容结构是MOSFET的核心，MOS器件和栅氧化层－半导体界面处的大量信息可以从器件的电容－电压关系即C?V特性曲线中求得，MOS器件电容的定义：
C?dQmdVG......(8.70)
G其中，dQ是金属极板上单位面积电荷的微分变量，dVm是穿过电容的电压的微分变量。假设栅氧化层中及栅
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氧化层－半导体界面处均无陷阱电荷。此时
VG?Vmos?Vs......(8.71)
s式中的V是加在栅氧化层上的电压，V是表面势。由
mos电中性条件得QQsm??Qs
是单位面积的表面电荷。
QmCox??QsCox......(8.72)Vmos?
将上式带入(8.71)式，可得
VG??QsCox?Vs......(8.73)
当栅压改变时，表面电荷和表面势随之改变。因此，
dVG??dQsCox?dVs......(8.74)
G将dQC?m??dQs和上式的dV带入(8.70)式
......(8.75)?dQs?dQsCox?dVs
将上式的分子和分母同除以?dQ，并定义
sCs??dQsdVs?dQsdVs......(8.76)
为半导体的表面电容。 则有C?11Cox?1Cs?Cox1?CoxCs......(8.78)
该式表明MOS系统的电容相当于氧化层电容与半导体空间电荷层电容的串连。
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如下图所示。
下面讨论：
（1）堆积状态的MOS系统电容
前面的讨论已经得到堆积状态时的半导体表面电容有（8.47）式给出C带入式(8.78)式得
C?1?CoxCox??Vs?exp??LD2Vt??......(8.79)s??V?exp??s?LD?2Vt??s
?s先考虑负偏压较大时的情形，这时
Cs??V?exp??s??CoxLD?2Vt??Vs?2Vt，
?s，此时的MOS系统电容等于栅氧化层
电容C?C。这是因为半导体的表面和体内都是同一类
ox型P型。见下图中的A－B段。 (2) 平带状态
平带状态的半导体表面电容的表达式由（8.49）式给出CSFB??sqpp0Vt 所以此时的MOS系统电容为
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