MOS晶体管缩小缩小以最大化其内部集成电路内的封装密度。这导致氧化物厚度的降低，氧化物厚度又降低了MOS器件的阈值电压。在较低的阈值电压下，漏电流变得显着并有助于功耗。这就是为什么我们在MOS晶体管中知道各种类型的漏电流至关重要。
在我们尝试了解各种泄漏电流分量之前，让我们首先重新释放MOS晶体管核心概念。这将有助于我们更好地了解该主题。
MOS晶体管结构的再认识
MOS晶体管结构由金属、氧化物和半导体结构(因此，MOS)组成。
考虑具有P衬底的NMOS晶体管和N +扩散井作为漏极和源极端子。氧化物层由SiO制成2并且在排水管和源之间的沟道上生长。栅极端子由N +掺杂多晶硅或铝制成。
图1。NMOS晶体管的鸟瞰图。所有图片来自s.m. Kang, Y. Leblebici，CMOS数字集成电路，TMH，2003，CH.3，PP：83-93
在无偏置条件下，漏源和衬底界面处的pn结是反向偏置的。晶体管的能带图如图2所示。
图2。非偏见的NMOS晶体管的能带图
如您所见，金属，氧化物和半导体的费米水平自身对齐。由于氧化物半导体界面处的电压降，Si能带中存在弯曲。内置电场的方向是从金属到氧化物到半导体，并且电压降的方向与电场的方向相反。
这种电压下降是由于金属和半导体之间的功函数差异(部分电压下降发生在氧化物和其余的硅-硅o2接口)。功函数是电子从费米能级逃逸到自由空间所需的能量。你可以更多地了解MOS晶体管的能带图和能带弯曲这段视频由jordan edmunds。
积累
接下来，假设栅极具有负电压和漏极和基板接地的源极。由于负电压，基板（多数载体）中的孔被吸引到表面。这种现象称为积累。基板（电子）中的少数载体被深入推入它。下面给出相应的能带图。
图3。门端负电压的NMOS晶体管的能带图
由于电场的方向是从半导体到氧化物再到金属，所以能带的弯曲方向相反。同时，注意费米能级的变化。
耗竭和耗竭区域
或者，考虑门电压刚好大于零。空穴被排斥回基板中，通道耗尽了任何移动载流子。这种现象称为损耗，产生一个比无偏条件下更宽的损耗区域。
图4。NMOS中的耗尽区
图5。NMOS耗尽区对应的能带图如图4所示
由于电场是从金属到氧化物到半导体，所以能带沿向下方向弯曲。
表面反转
如果栅极处的正电压进一步增加，则基板（电子）中的少数载波被吸引到通道的表面。这种现象称为表面反转，并且表面刚刚转换的栅极电压称为阈值电压（V.TH.）。
图6。NMOS晶体管的表面反转
图7。图6中所示的NMOS晶体管的相应能带图
电子在源极和漏极之间形成传导通道。如果漏极电压从零电位增加，则漏极电流(ID.）开始在源和漏极之间流动。能带进一步向下弯曲，并在半导体氧化物界面处弯曲。
这里，固有的费米水平小于p型衬底的费米水平。这使得在表面，半导体是n型（在n型材料的能带图中，本征Fermi水平比供体能级更小的能量水平）。
在下一篇文章中，我们将描述在MOS晶体管中发现的六种泄漏电流。
