IGBT中的MOS结构—输入电容（上）

MOS是金属氧化物半导体结构，氧化物是绝缘层，有绝缘层即意味着存在电容。大家知道，电容常见表达式为，即电容存储的电荷是电容与电压的乘积；是电流与时间的积分，而MOS中的阈值电压受到电容的控制，因此电容决定了MOS的开启速度，进而也就决定了IGBT的频率响应特性。

还是以沟槽型IGBT的MOS结构为例，如图所示，其输入电容包含两个部分，一是栅极与源极之间的电容，二是栅极与漏极之间的电容。

我们先看，包括（）与，以及金属的重叠部分，即栅极与源极之间的电容

等式右边的各项电容均可根据其几何尺寸计算得出，

其中，为真空介电常数，为氧化物的相对介电常数，为重合面积（注意，这里忽略了重叠的边缘部分电容）。的下标加一个“1”，是因为这个表达式还需要修正。

回顾一下之前对于MOS能带弯曲的分析，随着栅极电压的增加（P型半导体），半导体与氧化硅界面会经历先耗尽后反型的的过程，最终形成沟道。所以中还存在一个耗尽电容，与串联。

是一个随栅极电压变化的电容。当MOS栅极施加负电压时，栅氧与P型硅表面会产生积累的正电荷，相应地，在栅氧与多晶硅的界面产生负电荷积累，这是一个对充电的过程，所以可认为不存在；当MOS栅极施加正电压时， P型硅表面的空穴被排斥，形成耗尽区，导带向接近费米能级的方向弯曲，耗尽区的宽度对应。在前面对MOS阈值电压的“强反型”说明中，未做具体推导，但给出了强反型的结论，即将随呈指数级增长，根据电容的定义，

显然耗尽区的宽度会随栅极电压的增加而增加，直到反型层形成，耗尽区不再扩展，相应的达到最小值。所以，可以预期的变化趋势如下图所示。

注：因为电容测试必须用交流信号，而反型层的电荷分布可能受随交流信号的变化而变化，尤其是对于功率MOS而言，反型层中电子很容易从发射极得到补充，所以在低频信号下难以测到，经常测到的CV曲线是图中的虚线所示。