温度和半导体衬底掺杂浓度对MOSFET阈值电压的影响

在MOSFET的应用电路中，你会经常测量到MOSFET的阈值电压会随着半导体衬底掺杂浓度的提高
而增大，而随着温度的升高而下降，这是为什么呢？首先我们要先搞清楚什么是 MOSFET的阈值电
压，在电路中能起什么作用。
MOSFET的阈值电压就是使半导体表面产生反型层（导电沟道）所需要加的栅极电压。对于n沟道
MOSFET，当栅电压使得 p型半导体表面能带向下弯曲到表面势时，即可认为半导体表面强反型，因
为这时反型层中的少数载流子（电子）浓度就等于体内的多数载流子浓度，即半导体禁带中央与能
级之差。阈值电压VT包含有三个部分的电压，栅氧化层上的电压降Vox；半导体表面附近的电压降
，抵消MOS系统中各种电荷影响的电压降——平带电压VF。

在阈值电压的表示式中，与掺杂浓度和温度有关的因素主要是半导体Fermi势ψB。当p型半导体
衬底的掺杂浓度NA提高时，半导体Fermi能级趋向于价带顶变化，则半导体Fermi势ψB增大，从而就
使得更加难以达到ψs≥2ψB的反型层产生条件，所以阈值电压增大。当温度T升高时，半导体Fermi
能级将趋向于禁带中央变化，则半导体Fermi势ψB减小，从而导致更加容易达到ψs≥2ψB的反型层
产生条件，所以阈值电压降低。