MOS结构和MOSFET反型层电荷的来源

我们知道，MOS结构的CV曲线是跟频率相关的，高频和低频曲线长这样，但是用MOS管是测不出来高频曲线的，只能测出低频曲线，为什么呢，下面来简单盘一盘。

MOS结构和MOSFET的区别就在于反型状态下的电容特性，到底是只考虑氧化层电容还是氧化层电容和结电容的串联，关键在于反型层中的电荷变化是否能跟上外加电压的变化。MOS结构和MOSFET的CV曲线的差异，究其本质，在于MOS结构和MOSFET中反型层电荷来源是不一样的。

MOS结构反型层电荷的来源

以P型衬底的MOS结构为例，为方便理解，反型时半导体一侧可以当作反偏的PN + 结来看待，即耗尽区只在P区一侧扩展，此时，随着栅极电压增加，反型层电子数量也要相应增加，从哪来呢，回顾下反偏PN + 结的电流成分，要么P区的少子电子通过耗尽区扩散到反型层那边去，这就是理想PN结的反向饱和电流的那部分；另外就是反偏产生电流，就是在耗尽区中由于热运动产生的电子空穴对。还有其他成分吗？感觉应该没了哈。

由PN结的开关特性我们知道，这两个电流成分不能瞬间产生也不能瞬间消失，所以是跟频率有关的。但这又产生了一个问题，到底多高才算高频，多低才叫低频呢？其实这跟载流子的寿命有关。我们知道，PN结的开关时间主要由反向恢复时间决定，如果这个时间大于你测电容的交流小信号周期，那么你就测不到反型层电荷随外加电压信号变化的这个过程，自然测出来的就是高频曲线。对于目前主流的制造工艺来说，在不加少子寿命控制技术的情况下，载流子的寿命相对来说还是比较长的，一般测出来的都是高频曲线，要想测出低频曲线，必须用准静态方法。

还有一个问题，就是衬底能产生足够多的电子吗？假设P型衬底浓度为10 16cm-3，那么其少子电子的浓度就只有10 4cm-3，就这么点够反型层霍霍吗，当然不够，实际上反偏PN结的产生电流远大于扩散电流，所以这里反型层电荷主要由耗尽区产生电流提供。

MOSFET反型层电荷的来源

对于MOSFET，上面这套理论同样适用，以P型衬底的N沟道MOSFET为例，关键是它多了N + 源区，跟反型层勾搭在一起，可以快速地给反型层提供足够多的电子，甭管你信号频率有多高，反型层都能足够快地响应你的变化，所以MOSFET测出来的都是典型的低频曲线。