MOSFET全称：金属（metal）-氧化物（oxide）-半导体（semiconductor）场效应（field-effecttransistor）晶体管，MOS机关毫无疑义是现今微电子技巧的焦点机关。早在20世纪60年头，Kahng和Atalla初度报导了这类机关，即目前的平面机关器件MOSFET，该机关具备热成长成的SiO2绝缘栅、表面反型沟道，以及衬底搀杂相悖的源、漏区。上面将注重引见MOSFET的结谈判电学性格。

图1MOS电容和MOS晶体管

首先引见下MOS电容，下列图所示，MOS电容由硅衬底和金属栅级之间夹一层薄SiO2构成，罕用的栅极材料是铝（Al）或重搀杂多晶硅（poly），第二层金属顺着半导体后头，做为硅衬底的接地来往。

图2MOS电容机关示企图

志向MOS机关具备下列特征：（1）金属栅充实厚，在互换和直流偏置前提下也许看做一个等电势区；（2）氧化层是一个完善的绝缘体，在悉数偏置下都没有电流流过氧化层；（3）在氧化层或氧化层-半导体界面没有电荷核心；（4）半导体平均搀杂；（5）半导体与器件后头金属之间处于欧姆来往。

上面引见MOS电容外加偏置的解析，假如寻常做事景况下，硅衬底为N型，MOS电容后头接地，Vg界说为加到栅极上的直流偏置，首先仅从电荷角度解析：

当Vg0时，MOS电容栅上有正电荷，为了维持电荷均衡，半导体-绝缘体界面会感觉带负电的电子，进而致使半导体中的电子浓度由体内向氧化层-半导体界面增添，这类在氧化层-半导体界面四周多半载流子浓度大于半导体体内浓度的景况正常称为“积累”。

当Vg0时，象征着栅极加了负电荷，同理电子会被从氧化层-半导体界面排斥开，留住带正电的檀越杂质离子，电子被耗尽，这类氧化层-绝缘层界面处电子和空穴浓度均小于配景搀杂浓度（NA，ND）被称为“耗尽”。

当Vg0时，象征者MOS电容栅极上加越来越大的负偏置，氧化层-半导体界面表面不再耗尽，表面地区的性质将从N型变成P型，小量载流子的浓度超出衬底多半载流子浓度，这类景况称为“反型”。

以上不过定性解析n型搀杂MOS电容的“积累”，“耗尽”，“反型”三种不同的偏置区，接下来从能带角度解析P型搀杂MOS电容的偏置。

金属的费米能级和单晶硅的费米能级是不同的，以P型半导体为例：

图3P型搀杂金属和半导体初始费米能级图

由于金属和半导体双侧的功函数（费米能级到真空能级的间隔）不同，在热均衡时真空能级会产生蜿蜒（呈现自建电场），构成统一的费米能级。金属的载流子密度远深远于半导体，金属侧的电荷密度也就远深远于半导体，因此也许形似以为能带蜿蜒仅产生在半导体和二氧化硅一侧：

图4P型搀杂金属和半导体热均衡费米能级图

双侧真空能级的不同，被称为平带电压（Vfb0）。

接下来琢磨半导体表面的载流子散布。由图可知，在来往面四周半导体的费米能级相关于价带被吹捧了，这象征着在来往面四周电子的浓度增添了，空穴的浓度缩小了。

倘若咱们在金属上施加即是一个平带电压的反向偏压（Vg=Vfb），此时能带复原到原始状况，氧化层-半导体界面载流子浓度即是搀杂浓度，此时状况称为平带状况。

图5P型搀杂金属和半导体施加平带电压费米能级图

倘若咱们在金属栅施加小于平带电压的偏压（VgbVfb）,将金属侧的真空能级抬升至半导体侧的真空能级以上，此时的半导体在来往面四周的费米能级会降至初始的费米能级下列。此时氧化层-半导体界面的空穴浓度激昂，超出搀杂浓度，由于氧化层-半导体界面的多半载流子浓度激昂，多半载流子最先积聚，咱们称为偏压大于平带电压的景况为积累状况。

图6P型搀杂金属和半导体积累状况费米能级图

当偏压大于平带电压的时分（VgbVfb），氧化层-半导体界面载流子浓度下落，由于载流子浓度小于搀杂浓度，致使半导体表面呈现空间电荷区（也即是耗尽区），这时分咱们称半导体投入耗尽状况。

假如半导体费米能级与本征费米能级之间的差值为Vs，倘若咱们施加的偏压VgsVs+Vfb，费米能级就会超出本征费米能级，此时氧化层-半导体界面的电子浓度以及超出了空穴浓度，多半载流子从空穴变成电子，此时咱们称半导体投入反型状况。

图7P型搀杂金属和半导体反型状况费米能级图

以上从电荷和能级角度别离解析N型和P型搀杂MOS电容的直流偏压性格，本质上N型和P型的旨趣是相同的，只不过是栅极所加电压相悖云尔，这一节是为背面引见MOSFET旨趣做铺垫，背面连续革新，接待众人研习转发！

长按鉴识图中

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