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
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。
如果存在平带电压,栅压超过平带电压的
有效电压使得半导体表面出现
空间电荷层(
耗尽层),然后再进一步产生反型层;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。
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。