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场效应晶体管简介EMOS

金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）是微处理器和半导体存储器这样一

类超大规模集成电路中最重要的器件。它正在成为一种重要的功率器件。在20世纪

30年代初期，Lilienfeld和Heil首次提出表面场效应晶体管的原理。随后，在40年代

末，Shockley和Pearson对其进行了研究。1960年，Ligenza和Spitzer采用热氧化法

制造出第一个器件级Si-SiOMOS结构。采用这种MOS系统制造出基本MOSFET器件

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是由Atalla提出的。随后，在1960年，Kahng和Atalla制造出了第一只MOSFET。

Ihantola和Moll,Sah,Hofstein,Heiman等人完成了器件基本特性的早起研究。

场效应晶体管是一种在相应区域的多数载流子参与导电，少数载流子形成沟道的

单极型晶体管，目前按工作方式主要有增强型场效应晶体管（以下简称EMOSFET）和

耗尽型（DMOSFET）两种。EMOSFET(EnhancementMetalOxideSemiconductor

FieldEffectTransistor)的工作原理示意图如下：

图中是一种NPN型，可以看出EMOS是一种高度对称的半导体，而且它是在P型

+

半导体上生成一层SiO薄膜绝缘层并扩散两个重掺杂的N型区（图中N区），从N

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型区引出电极，在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极。

S(Source)G(Gate)D(Drain)分别代表源极、栅极、漏极。

利用场效应，即在栅极上加一个正电压，通过栅极与P衬底的电容作用，形成一

个垂直电场，排斥空穴，形成空穴的耗尽层，吸引电子，并形成一个导通两个N型区

的通道，即沟道。所施加的电压有一个最小值，大于这个最小值才会吸引足够多的电

子形成沟道，如图（a）。在漏极电压一定的情况下，栅极电压与漏极电流的关系曲线

大致如图：

更详细的计算参见教材P228-P231。形成沟道后，若在漏极施加一个正电压，就

会产生电流I。随着漏电压的增加，靠近漏端的电荷被沟道电势减小，沟道状态如图

D

（b）,再增加漏电压时，漏电流基本上保持恒定，沟道状态如图（c）。漏极输出曲线

如图：

更详细的计算参见教材P231-P234。

MOSFET是一个输入电阻无限大的理想跨导放大器和恒流源。由于EMOSFET的输

入电阻很大，很适合做微量信号的探测器，有报道称市售的MOSFET能够用于测量X

射线剂量的相对值，能够构建成适合于医疗临床上使用的X射线探测器。