不懂MOS晶体管的电容特性？来看这（上）

MOS晶体管在电子电路中是非常关键的电子部件，也是小白初学集成电路设计的重点内容之一，今天我们来谈谈MOS晶体管的电容特性。
常见的MOS晶体管主要分为N型MOS管和P型MOS管，它们的基本结构和电路符号如图所示：

MOS晶体管的伏安特性：电容结构
当栅极不加电压或加负电压时，栅极下面的区域保持P型导电类型，漏和源之间等效于一对背靠背的二极管，当漏源电极之间加上电压时，除了PN结的漏电流之外，不会有更多电流形成。
当栅极上的正电压不断升高时，P型区内的空穴被不断地排斥到衬底方向。当栅极上的电压超过阈值电压VT，在栅极下的P型区域内就形成电子分布，建立起反型层，即N型层，把同为N型的源、漏扩散区连城一体，形成从漏极到源极的导电沟道。这时，栅极电压所感应的电荷Q为
Q=CVge
式中Vge是栅极有效控制电压
1、当Vgs<0时，栅极上的负电荷吸引了P型衬底中的多数载流子——空穴，使他们聚集在Si表面上，这些正电荷在数量上与栅极上的负电荷相等，于是在Si表面和栅极之间，形成了SiO为介质的平板电容器，其容量为：

tox是厚度，单位是cm。
2、当电容Vgs>0时，栅极上的正电荷排斥了Si中的空穴，在栅极下面的Si表面上，形成了一个耗尽区。
耗尽区中没有可以自由活动的载流子，只有空穴被赶走后剩下的固定的负电荷，这些束缚电荷是分布在厚度为Xp的整个耗尽区内，而栅极上的正电荷则集中在山鸡表面，这说明了MOS电容器可以看成两个电容器的串联。
Cox：以SiO为介质的电容器
Csi：以耗尽层为介质的电容器
总电容C为：

需要注意的是总电容C比原来的Cox要小些。
3、随着Vgs的增大，排斥掉更多的空穴，耗尽层厚Xp增大，耗尽层上的电压降就增大，因而耗尽层电容Csi就减小，耗尽层上的电压降的增大，实际上就意味着Si表面电位势垒的下降，意味着Si表面能级的下降。
一旦Si表面能级下降到P型衬底的费米能级，Si表面的半导体呈中性，这时在Si表面，电子浓度与空穴浓度相等，成为本征半导体。