金氧半場效應電晶體（MOS Field-Effect Transistor. MOSFET）

金氧半場效應電晶體（MOS Field-Effect Transistor. MOSFET）
國立彰化師範大學光電科技研究所張淑貞碩士生/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

被廣泛使用的電子元件，像是用在數位積體電路上，就是金屬-絕緣-半導體電晶體。此元件通道的電流是由閘極電壓透過絕緣層來控制通道的電荷數，但由於大部分此類元件都採用Si為半導體，SiO2為絕緣層，及金屬或是高摻雜的多晶矽為閘極，因此通稱此元件為金氧半場效應電晶體(MOSFET)。

一個基本的MOS電晶體，是個做在p型Si基板上的加強型n通道元件。n+型的源極及汲極可藉由擴散或離子佈植到摻雜濃度較小的p型基板來達成。一層很薄的氧化層將導電閘極和Si表面隔開。沒有源極到汲極的n通道就沒有源極到汲極間的電流。在n+型的源極及汲極的費米能階接近傳導帶，而p型基板的費米能階則接近價電子帶。因此對一個電子要從源極到汲極需克服一個能障，此能障對應到源極和汲極間背對背p-n接面的內建電位。

當閘極加上一個相對於基板為正電壓時，正電荷便被放在閘極金屬上。對面的Si基板則感應產生負電荷來回應。這些負電荷是Si基板上的空乏區及矽表面流動電子薄層所形成。這些感應電子形成FET的通道，進而讓源極到汲極之間有電流流通。閘極電壓的作用是，在低汲極電壓時調變感應通道的電導。由於在p型通道區靜電感應了電子，因此通道區變成較輕的p型。所以價電子帶往下移動遠離費米能階，這很顯然可以降低源極、通道和汲極間的能障。當閘極電壓大於所謂的臨界電壓時，此能障已被充分降低了，因此源極到汲極間有很顯著的電流。臨界電壓是產生通道所需的最低閘極電壓。因此，MOSFET的觀點之一是閘極控制位能障礙。由於一個高品質低漏電流p-n接面可以保證MOSFET在關閉時有很低的漏電電流，因此這種接面對MOSFET是很重要的。對某一閘極電壓，存在一個特別的汲極電壓，當汲極電壓大於此電壓時，汲極電流會飽和到一定值。 MOS電晶體在應用於切換導通與不導通狀態的數位電路特別有用。由於通道的導通狀態是從閘極透過絕緣層來達成，因此MOS電路的dc阻抗非常高。

參考資料：半導體元件