MOS 電容器定義：MOS 電容器是一種由金屬柵極、半導體本體和二氧化硅絕緣層構成的結構。

平帶電壓VFB：這個關鍵的電壓水平表示電容器兩端沒有凈電荷，為測量器件中的其他現象建立了一個基準。

閾值電壓VT：這是耗盡層消失且強反型開始的點，對電容器在晶體管中的運行至關重要。

MOS Capacitor 由MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) 結構的兩端口組成。

MOSFET由Gate、Source、Drain、Body共四端組成。也就是說，在MOS Capacitor中配置Source/Drain，就是MOSFET。

MOS Capacitor的性能是通過測量Gate電壓下的 Gate Capacitance 來評估器件的C-V曲線。MOSFET與MOS Capactior不同，它用I-V曲線來評估器件的特性。

MOS Capacitor根據 Gate 電壓，有Accumulation(積累), Depletion(耗盡), Inversion(反型)三種狀態。以NMOS為例，channel 為 P 型。

Accumulation: 當在MOSCAP的金屬柵極上施加一個電壓，使得半導體表面的多數載流子濃度增加時，就會發生積累現象。對于P 型半導體，若在柵極上加一個負電壓，會排斥金屬電極中的電子，同時吸引P 型半導體中的空穴，這些空穴會在半導體表面聚集，形成一個多數載流子的積累層。

Depletion: 當在金屬柵極施加一個適當的電壓時，會將半導體表面的多數載流子排斥開，形成一個多數載流子耗盡的區域，這個區域中多數載流子濃度遠低于半導體內部的濃度。對于P 型半導體，在柵極上加一個正電壓，會吸引電子并排斥空穴，在半導體表面形成一個空穴耗盡的區域，留下固定的帶負電的受主雜質離子。

Inversion: 繼續增大柵極電壓，超過一定閾值后，會在半導體表面形成一個與原來多數載流子類型相反的少數載流子層，即發生反型。對于P 型半導體，當柵極電壓足夠大時，會吸引大量的電子，使半導體表面形成一個電子反型層（N型）雖然MOS 電容器很少單獨廣泛使用，但它是MOS 晶體管不可或缺的部分，而MOS 晶體管是應用最為廣泛的半導體器件。

以下給出P型半導體的MOS 電容器典型的電容-電壓特性：

MOS 電容器的電容- 電壓 (CV) 圖。平帶電壓(VFB) 將積累區與耗盡區分開。閾值電壓(VT) 將耗盡區與反型區分開。

低頻情況：在低頻條件下，少數載流子有足夠的時間對柵極電壓變化做出響應。故可以在反型狀態測得電容。

高頻情況：在高頻條件下，半導體中的少數載流子（如p 型半導體中的電子，n 型半導體中的空穴）由于其產生和復合速度相對較慢，無法及時響應柵極電壓的快速變化。故無法在反型狀態測得電容。

若利用 MOSFET 測試電容，通常將G, S, D 共接，測試G-S-B to Bulk之間的電容。這個時候由于 S/D 可以源源不斷的提供載流子，于是在高頻時不管 Gate 是正壓還是負壓都能測試得到電容。

Reference:

1.Semiconductor Devices: Physics and Technology.

2. 劉恩科，半導體物理學.