Bänderdiagramm einer MOS-Struktur
Das folgende Applet verdeutlicht die physikalischen Vorgänge in der MOS-Struktur nochmals anhand einer vereinfachten Bänderdiagrammdarstellung. Gezeigt wird das Verhalten einer MOS-Struktur abhängig von der angelegten Spannung.
Man sieht:
- Bei der Spannung UGB=0V liegen die Ferminiveaus des Metalls und des Halbleiters auf gleicher Höhe. Die Bänder verlaufen horizontal.
- Bei negativen Spannungen (UGB<0V) verschieben sich die Ferminiveaus gemäß U=-W/q und es tritt eine Verbiegung der Bänder sowohl im Isolator als auch im Halbleiter auf. Der größer werdende Abstand zwischen Ferminiveau Wf und Intrinsicniveau Wi entspricht einer Zunahme der Löcherdichte und einer Abnahme der Elektronendichte in der Nähe der Grenzfläche Oxid-Halbleiter (vgl. Darstellung der Trägerdichten abhängig von der Lage des Ferminiveaus). Diesen Fall der Anhäufung von Majoritätsträgern an der Grenzfläche Oxid-Halbleiter nennt man Akkumulation.
- Bei kleinen positiven Spannungen (UGB>0V) verbiegen sich die Bänder entsprechend in die andere Richtung, so dass nun eine Abnahme der Löcherdichte und eine Zunahme der Elektronendichte in der Nähe der Grenzfläche Oxid-Halbleiter auftritt. Durch das Ausräumen der Löcher entsteht eine Raumladungszone in dem Bereich 0<x<xd. Diesen Fall nennt man Verarmung.
- Ab einer bestimmten positiven Spannung (hier: UGB=0,8V) ist die Elektronendichte an der Grenzfläche so groß wie die Löcherdichte des p-Halbleiters sehr weit von der Grenzfläche entfernt. Diesen Zustand des Halbleiters nennt man Inversion. Die Spannung, bei der die Inversion einsetzt, ist die so genannte Einsatzspannung.
- Für noch größere Spannungen oberhalb der Einsatzspannung (hier: UGB>0,8V) nimmt die Elektronendichte an der Grenzschicht Oxid-Halbleiter immer weiter zu, die Bänder des Halbleiters verbiegen sich wegen der exponentiellen Abhängigkeit zwischen Spannung und Ladungsträgerdichte aber kaum noch. Das heißt, dass auch die Weite xd der Raumladungszone von nun ab näherungsweise konstant bleibt.