閾值電壓與氧化層電荷的關(guān)系

施加在柵極上的電壓由氧化物和半導(dǎo)體分擔(dān)

氧化物分擔(dān)的電壓與半導(dǎo)體中的總電荷有關(guān)，

閾值電壓指施加在柵極上使半導(dǎo)體進(jìn)入強(qiáng)反型時對應(yīng)的電壓

將方程式帶去得

簡化得

由上式可得，閾值電壓與氧化物的厚度成正比，與摻雜濃度的平方根成正比

實際中，閾值電壓與兩方面的因素有關(guān)

1 柵電極和半導(dǎo)體不相等的功函數(shù)

由于功函數(shù)差可以在表面產(chǎn)生空間電荷區(qū)，導(dǎo)致表面勢產(chǎn)生變化，從而改變閾值電壓

2 氧化物中存在電荷

氧化物中的電荷可以分為4種，1)可移動電荷，主要是堿金屬離子，來自清洗劑，2)氧化物中缺陷引入的陷阱電荷，3)位于半導(dǎo)體表面由于不完全氧化引入的固定電荷，這些電荷在器件工作過程中并不能充電放電，4)由于半導(dǎo)體晶格突然終止，引入的界面電荷，這些電荷在器件工作中與半導(dǎo)體發(fā)生充電和放電，這些電荷與半導(dǎo)體表面取向和氧化條件有關(guān)。

氧化物電荷的存在同樣可以使得閾值電壓降低，假設(shè)所有的電荷位于金屬氧化物界面處，則閾值電壓可以由下式獲得

為了避免柵極總線在施加偏壓時下方形成反型層，需要使用場氧化物厚度大于600nm 。