
【電】 flat band capacitance
在電子工程領域,"平能帶電容"(Flat-Band Capacitance)是半導體器件物理中的核心概念,特指金屬-氧化物-半導體(MOS)結構在平帶條件(Flat-Band Condition) 下測得的單位面積電容值。此時半導體表面能帶呈水平狀态(無彎曲),空間電荷區消失,電容值達到理論最大值。其物理意義和計算方式如下:
平帶條件
當外加栅極電壓((V_G))使半導體表面能帶完全平坦時,表面勢 (psis = 0),半導體内部載流子濃度均勻分布,空間電荷區寬度為零。此時MOS電容僅由氧化層電容 (C{ox}) 主導,無耗盡層或反型層電容的疊加效應。
電容表達式
平帶電容 (C{FB}) 的理論計算公式為:
$$ C{FB} = frac{C_{ox} cdot Cs}{C{ox} + C_s} $$
其中:
高頻C-V測試
通過高頻(通常 >1 MHz)電容-電壓(C-V)特性曲線可觀測平帶點。平帶電容對應曲線中電容值開始顯著下降的拐點(見圖示),是提取氧化層厚度、界面态密度等參數的關鍵依據 。
器件參數标定
中文術語 | 英文術語 | 定義 |
---|---|---|
平帶電容 | Flat-Band Capacitance ((C_{FB})) | 平帶條件下MOS結構的單位面積電容值 |
平帶電壓 | Flat-Band Voltage ((V_{FB})) | 使半導體表面能帶恢複平坦所需的外加栅壓 |
氧化層電容 | Oxide Capacitance ((C_{ox})) | 由栅氧化層介質形成的電容 |
德拜長度 | Debye Length ((lambda_D)) | 半導體中載流子屏蔽電場作用的特征長度 |
半導體器件物理基礎
Neamen, D. A. Semiconductor Physics and Devices(第四版), McGraw-Hill, 2012.
詳解MOS結構能帶理論與C-V特性分析(第10章)。
标準測試方法
Schroder, D. K. Semiconductor Material and Device Characterization(第三版), Wiley, 2006.
高頻C-V測量技術及平帶點提取流程(第6章)。
工程應用指南
Pierret, R. F. Semiconductor Device Fundamentals, Addison-Wesley, 1996.
平帶電容在MOSFET建模中的實際意義(第16章)。
注:實際測量中需注意溫度、頻率及界面态對 (C_{FB}) 的影響,建議結合TCAD仿真(如Sentaurus)對比實驗數據以提升分析精度。
“平能帶電容”并不是一個标準或常見的專業術語。結合現有資料分析,可能存在以下兩種情況:
術語混淆的可能性
• 若您指的是「平行闆電容」,這是最常見的電容器結構形式,由兩塊平行金屬闆組成。根據,其電容公式為:
$$
C = frac{varepsilon_0 varepsilon_r A}{d}
$$
其中$varepsilon_0$為真空介電常數,$varepsilon_r$為介質相對介電常數,$A$為極闆面積,$d$為極闆間距。
• 若涉及“能帶”概念(半導體物理中的電子能量分布),則需結合具體上下文,目前搜索結果中無相關内容。
電容基礎概念補充
電容的本質是描述導體儲存電荷能力的物理量,如和4所述,定義為$C=Q/U$(電荷量與電壓的比值),國際單位為法拉(F)。
建議:
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