平带电压概念

平带电压的计算

平带电压与阈值电压的关系

平带电压的测定

平带电压（Flat band voltage）就是在MOS系统中、使半导体表面能带拉平（呈平带状态）所需要外加的电压。

平带电压概念

平带状态一般是指理想MOS系统中各个区域的能带都是拉平的一种状态。对于实际的MOS系统，由于金属-半导体功函数差φms和Si-SiO2系统中电荷Qf 的影响, 在外加栅极电压为0 时，半导体表面的能带即发生了弯曲，从而这时需要另外再加上一定的电压才能使能带拉平，这个额外所加的电压就称为平带电压

平带电压的计算

平带电压可分为两部分相加，Vfb=Vfb1+Vfb2，Vfb1用来抵消功函数差的影响，Vfb2用来消除氧化层及界面电荷的影响。

1）Vfb1

Vfb1=φms=φg-φf

对于多晶硅栅，高掺杂的情况下，φg≈0.56V，+用于p型栅，-用于n型栅。

φf是相对于本征费米能级的费米势。

2）Vfb2

以固定的有效界面电荷Q0来等效所有各类电荷作用，Vfb2=-Q0/Cox。

Cox为单位面积氧化层电容，可用ε0/dox求得。

总结起来，Vfb=φg-φf-Q0/Cox。

平带电压与阈值电压的关系

MOS的阈值电压是指使半导体表面产生反型层（即沟道）时所需要外加的栅极电压。

如果存在平带电压，则所加的栅极电压就需要首先使半导体表面能带拉平，然后再进一步产生反型层；因此，这时栅极电压就需要增加这部分平带电压才能使半导体表面出现反型层，故总的阈值电压中需要增加一个平带电压部分。

由于平带电压中包含有Si-SiO2系统中电荷Qf 的影响，而这些电荷与工艺因素关系很大，故在制作工艺过程中需要特别注意Na离子等的沾污，以便于控制或者获得预期的阈值电压。

平带电压的测定

对于体相的半导体材料而言，我们可以通过Mott-Schottly公式推算，进行简化戳通过作图大体上计算出其平带电位，但是对于纳米级别的半导体材料则主要是通过仪器的直接测定。

电化学方法：在三电极体系下，使用入射光激发半导体电极，并改变电极上的电势。当施加的电位比平带电位偏负的时候，光生电子不能够进入外电路，也就是说不会产生光电流。相反，当施加的电位比平带电位偏正的时候，光生电子则能偶进入外电路，进而产生光电流。所以开始产生光电流的电势即为该纳米半导体的平带电位。

光谱电化学方法：该方法同样是在三电极体系下，对半导体纳米晶施加不同的电位，测量其在固定波长下吸光度的变化。基本的原理与电化学方法大体相同。当电极电位比平带电位正时，吸光度不发生变化；偏负时则急剧上升。因为，吸光度开始急剧上升的电位即为纳米半导体的平带电位。