MOS系统的硅表面SiO2的简单实现

前面已经提到，MOS系统的硅表面实际的MOS系统是比较复杂的。因此，在没有外电场作用的情况下，Si表面可能已经形成空间电荷区，而使能带发生弯曲。MOS系统的硅表面。下面将分别讨论由于金属与半导体功函数不同，以及栅氧化层中的有效表面态电荷密度对Si表面的影响。

1、功函数差的影响

金属与半导体的功函数是不同的，并且二氧化硅也不完全绝缘，所以金属与半导体之间就会通过氧化层交换电子，使Si表面形成空间电荷区，而发生能带弯曲。

所谓功函数，是指一个起始能量等于费米能量EF，的电子由金属或半导体内部逸出到真空中所需要的最小能量。

设金属（以AI为例）的功函数为，半导体（以Si为例）的功函数为，如图1-12（a）所示。MOS系统的硅表面。如果两个系统结合在一起，由于金属AI的功函数小于半导体的功函数，因此有一些电子从金属转移到半导体表面，金属表面因缺少电子而带正电荷，半导体表面由于电子过剩而出现带负电荷的空间电荷区，Si表面的能带发生向下弯曲。当达到平衡时，金属AI与半导体之间的接触电势差为。这里金属一边是高电势，半导体一边是低电势MOS系统的硅表面。如图1-12（b）所示。

MOS系统的硅表面与功函数的关系为：

MOS系统的硅表面

如果要使能带变平，必须在金属栅上施加一个电压，以抵消功函数差对能带的影响。如图1-12（c）所示。这个电压为：

MOS系统的硅表面

图1-12金属半导体公函数对能带的影响

下面对接触电势差与哪些因素有关作些简要说明。

功函数差 MOS系统的硅表面的大小，不仅与所选择的金属材料有关，还与硅的型号，掺杂浓度有关。图1-13为在氧化的N型和P型硅上，铝和金电极的功函数差中与硅杂质浓度的关系。从图中看到，金属A1和半导体Si的功函数差一般都是小于零，而金和半导体的功函数差一般都大于零。

MOS系统的硅表面

如果掺杂浓度为 MOS系统的硅表面的N型Si，与A1的功函数差，可从图1-15中查得为-0.3V，对同样掺杂浓度的P型Si，与A1的功函数差为-0.9V左右。

2、氧化层中有效表面态电荷的影响

所谓有效表面态电荷，是为了处理问题方便引进的概念。它将固定正电荷（主要是氧空位）、可动正电荷（主要是钠离子）及Si-SiO，交界面上存在的界面态，看成是集中在SiO。MOS系统的硅表面。中靠近Si-SiO2界面处的正电荷，它的面电荷密度用表示。的大小，特别明显地依赖于工艺水平和工艺条件。由于它起着一个正电中心的作用，相当于对Si表面施加一个正电场，使Si表面感应出一个带负电的空间电荷区，致使能带向下弯曲，如图1-14所示。