平带电压详解：MOS平带电压图文介绍

平带电压详解：MOS平带电压图文介绍

平带电压是半导体物理中的一个重要概念，特别是在MOS（金属-氧化物-半导体）器件中。本文将从基本原理出发，详细解释平带电压的物理意义和定义，并给出相关的数学公式。

一块单纯的半导体，它的能带各处都一样，所以在空间分布上，能带没有弯曲，也就是平的。

当一块金属与半导体隔着一层氧化层连接在一起时(MOS结构)， 这三个材料内的电子费米能级(或者说功函数)在接触时是不一致的， 即表示它们的可迁移电子的能量不同。根据"水往低处流、电子往低能量地方迁移”的规律，在三个材料中势必发生电子的转移,最终达到稳定，如果没有外部电压，将会产生统一的费米能级。

此时，由于电子的迁移，在半导体表面就会形成电场,进而发生能带弯曲。这个电场越强、半导体表面的状态变化就越大，这就是我们常说的场效应(Field Effect,场效应晶体管也就是利用了电场改变半导体导电状态而得名)。

当我们施加外部电压的干预后，可以抬升或者降低半导体内的电子能量水平，从而抵消或者增强这个电场。

当半导体表面的电场=0时，此时相当于金属和氧化层对半导体没有任何影响(等效)， 此时半导体表面也就没有了能带弯曲，也就达到了平带状态。

所以从另外一个角度看，所谓的平带电压也就是半导体表面电场为零时候所需要的外部电压。

平带电压的定义

当半导体内没有能带弯曲时所加的栅压，此时表面势为零,净空间电荷为零，但由于功函数差和氧化层内可能存在的陷阱电荷，此时穿过氧化物的电压不一定为零。

假设氧化物中陷阱电荷量为Qss'，单位面积的栅氧化层电容为Cox,则平带时穿过氧化物的电压为：

要想使表面势为零，需要产生一个能抵消功函数差和氧化物陷阱电荷的电压(注意实际功函数差和氧化层电荷的正负号)

这个电压就叫平带电压(也可以认为是零偏时的表面电势)。