MIS結構指金屬-絕緣層-半導體結構 ，是研究半導體表面效應的重要方面。許多半導體器件的特性都和半導體的表面性質有著密切的關係。例如，半導體的表面狀態和半導體積體電路的參數和穩定性有很大影響。在某些情況下，往往不是半導體的體內效應，而是其表面效應支配著半導體器件的特性。例如MOS(金屬—氧化物—半導體)器件，就是利用半導體表面效應而製成的。因此，研究半導體表面究象，發展有關半導體表面的理論，對MIS結構的研究，對於改善器件性能，提高器件穩定性，以及指導人們探索新發器件等都有著十分重要的意義。
基本介紹
- 中文名：金屬-絕緣層-半導體結構
- 外文名：MIS structure/Metal-Insulator-Semiconductor structure
- 學科：半導體物理學
- 適用領域：功率器件、積體電路
簡介,分類,狀態,特性,
簡介
一個金屬-絕緣層-半導體(MIS)結構是一片絕緣層被夾在金屬層和半導體層之間。並且，一個MIS結構的直流電導為零。半導體通常在背後有一個歐姆接觸。絕緣體通常選擇使用其半導體的氧化物。特別的，把二氧化矽做在矽表面上的工藝是非常先進成熟的，由這種氧化物工藝形成的結構，叫做MOS（Metal-oxide-Semiconductor）結構。而且這種結構極其重要，可以用來研究半導體表面、整合電子電路或者和用於CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor/互補金屬氧化物半導體）技術，而且CCDs（charge-coupled devices/電荷耦合器件）也是基於這種MIS結構
分類
理想的MIS結構/空間電荷層及表面勢
金屬一絕緣體一半導體結構(簡稱MIS結構)，如圖1所示。以氧化物(例如矽的氧化物Sioz)作為絕緣體，就叫MOS結構。MOS是構成電晶體的基本結構。在金屬端加正電壓(稱為控制極電壓)時，取作V>O。
圖1
圖1中表示V=O時，n型/p型半導體的理想MIS結構的能帶。這裡Ei是本徵半導體的費米能級，e
是費米能級Es和Ei的差。
理想MIS結構的定義如下:
(i)v=o時，半導體的能帶是平坦的(稱為平面能帶)，換言之，v=o時，金屬和半導體的功函式相等。如圖2所示，這個條件可寫成下式:
圖2 V=0時的平面能帶
由p型半導體構成的理想MIS結構在各種VG下的表面勢和空間電荷分布
(1)多數載流子堆積狀態
當金屬與半導體間加負電壓（指金屬接負）時，表面勢為負值，表面處能帶向上彎曲,。在熱平衡情況下，半導體內費米能級應保持定值,故隨著向表面接近,價帶頂將逐漸移近甚至高過費米能級,同時價帶中空穴濃度也將隨之增加。這樣,表面層內就出現空穴的堆積而帶正電荷。從圖中還可看到,越接近表面空穴濃度越高，這表明堆積的空穴分布在最靠近表面的薄層內。
(2)多數載流子耗盡狀態
當金屬與半導體間加正電壓(指金屬接正)時,表面勢Vs為正值,表面處能帶向下彎曲。這時越接近表面,費米能級離價帶頂越遠，價帶中空穴濃度隨之降低。在靠近表面的一定區域內,價帶頂位置比費米能級低得多,根據玻耳茲曼分布,表面處空穴濃度將較體內空穴濃度低得多,表面層的負電荷基本上等於電離受主雜質濃度。表面層的這種狀態稱做耗盡。
(3)少數載流子反型狀態
當加於金屬和半導體間的正電壓進一步增大時,表面處能帶相對於體內將進一步向下彎曲。這時,,表面處費米能級位置可能高于禁帶中央能量Ei，也就是說,費米能級離導帶底比離價帶頂更近一些。這意味著表面處電子濃度將超過空穴濃度，即形成與原來半導體襯底導電類型相反的一層,叫做反型層。反型層發生在近表面處,從反型層到半導體內部還夾著一層耗盡層。在這種情況下，半導體空間電荷層內的負電荷由兩部分組成，一部分是耗盡層中已電離的受主負電荷;另一部分是反型層中的電子,後者主要堆積在近表面區。
