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MOS 電容器定義：MOS 電容器是一種由金屬柵極、半導(dǎo)體本體和二氧化硅絕緣層構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。

平帶電壓VFB：這個(gè)關(guān)鍵的電壓水平表示電容器兩端沒有凈電荷，為測(cè)量器件中的其他現(xiàn)象建立了一個(gè)基準(zhǔn)。

閾值電壓VT：這是耗盡層消失且強(qiáng)反型開始的點(diǎn)，對(duì)電容器在晶體管中的運(yùn)行至關(guān)重要。

MOS Capacitor 由MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) 結(jié)構(gòu)的兩端口組成。

MOSFET由Gate、Source、Drain、Body共四端組成。也就是說，在MOS Capacitor中配置Source/Drain，就是MOSFET。

MOS Capacitor的性能是通過測(cè)量Gate電壓下的 Gate Capacitance 來評(píng)估器件的C-V曲線。MOSFET與MOS Capactior不同，它用I-V曲線來評(píng)估器件的特性。

MOS Capacitor根據(jù) Gate 電壓，有Accumulation(積累), Depletion(耗盡), Inversion(反型)三種狀態(tài)。以NMOS為例，channel 為 P 型。

Accumulation: 當(dāng)在MOSCAP的金屬柵極上施加一個(gè)電壓，使得半導(dǎo)體表面的多數(shù)載流子濃度增加時(shí)，就會(huì)發(fā)生積累現(xiàn)象。對(duì)于P 型半導(dǎo)體，若在柵極上加一個(gè)負(fù)電壓，會(huì)排斥金屬電極中的電子，同時(shí)吸引P 型半導(dǎo)體中的空穴，這些空穴會(huì)在半導(dǎo)體表面聚集，形成一個(gè)多數(shù)載流子的積累層。

Depletion: 當(dāng)在金屬柵極施加一個(gè)適當(dāng)?shù)碾妷簳r(shí)，會(huì)將半導(dǎo)體表面的多數(shù)載流子排斥開，形成一個(gè)多數(shù)載流子耗盡的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域中多數(shù)載流子濃度遠(yuǎn)低于半導(dǎo)體內(nèi)部的濃度。對(duì)于P 型半導(dǎo)體，在柵極上加一個(gè)正電壓，會(huì)吸引電子并排斥空穴，在半導(dǎo)體表面形成一個(gè)空穴耗盡的區(qū)域，留下固定的帶負(fù)電的受主雜質(zhì)離子。

Inversion: 繼續(xù)增大柵極電壓，超過一定閾值后，會(huì)在半導(dǎo)體表面形成一個(gè)與原來多數(shù)載流子類型相反的少數(shù)載流子層，即發(fā)生反型。對(duì)于P 型半導(dǎo)體，當(dāng)柵極電壓足夠大時(shí)，會(huì)吸引大量的電子，使半導(dǎo)體表面形成一個(gè)電子反型層（N型）雖然MOS 電容器很少單獨(dú)廣泛使用，但它是MOS 晶體管不可或缺的部分，而MOS 晶體管是應(yīng)用最為廣泛的半導(dǎo)體器件。

以下給出P型半導(dǎo)體的MOS 電容器典型的電容-電壓特性：

MOS 電容器的電容- 電壓 (CV) 圖。平帶電壓(VFB) 將積累區(qū)與耗盡區(qū)分開。閾值電壓(VT) 將耗盡區(qū)與反型區(qū)分開。

低頻情況：在低頻條件下，少數(shù)載流子有足夠的時(shí)間對(duì)柵極電壓變化做出響應(yīng)。故可以在反型狀態(tài)測(cè)得電容。

高頻情況：在高頻條件下，半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子（如p 型半導(dǎo)體中的電子，n 型半導(dǎo)體中的空穴）由于其產(chǎn)生和復(fù)合速度相對(duì)較慢，無法及時(shí)響應(yīng)柵極電壓的快速變化。故無法在反型狀態(tài)測(cè)得電容。

若利用 MOSFET 測(cè)試電容，通常將G, S, D 共接，測(cè)試G-S-B to Bulk之間的電容。這個(gè)時(shí)候由于 S/D 可以源源不斷的提供載流子，于是在高頻時(shí)不管 Gate 是正壓還是負(fù)壓都能測(cè)試得到電容。

Reference:

1.Semiconductor Devices: Physics and Technology.

2. 劉恩科，半導(dǎo)體物理學(xué).