金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）比结型 FET 具有更大的商业重要性。MOSFET 是具有多种功能的三端器件，涵盖信号放大到数字应用，例如逻辑门和寄存器或存储器阵列。

　　耗尽型 n 沟道 MOSFET。图片由新泽西半导体产品公司提供
　　pn结二极管是基本的两端半导体器件。MOSFET 是一种三端半导体器件。三端器件比二端器件功能更丰富，因为它们有多种应用。
　　三端器件的基本原理是通过改变其他两个端子之间的电压来控制一个端子中流动的电流。
　　三端器件可以制作受控源，这是放大器设计的起点。控制信号还可以将第三端子中的电流从 0A 改变到较大值，从而将器件变成开关，这是逻辑门的。
　　耗尽型器件具有开放通道，供自由载流子在漏极和源极之间流动。在栅极和源极之间施加具有正确极性的电压，沟道中的载流子基本上被“耗尽”。当源极和漏极之间的沟道受到挤压或“夹断”时，它会拒绝额外的自由载流子流过它。
　　栅源电压 Vgs 调节漏极和源极之间的电流被“夹断”的点。在n沟道器件中沿负方向增加Vgs会关闭漏极-源极沟道。对于 p 沟道器件，向正方向增加 Vgs 也是如此。
　　耗尽型 MOSFET 具有类似于截止和 Idss（饱和）之间的 JFET 的特性。它还具有在 Vgs 正极性区域运行的附加功能 - 增强模式。然而，耗尽型 MOSFET 是一种相对罕见的器件，并不常用。
　　MOSFET 是个提出的晶体管。该想法在 1940 年之前已获得，但半导体技术和半导体物理学知识不足以制造合适的设备。如今，MOSFET是应用广泛的电子器件之一，特别是在集成电路中。
　　MOSFET 广泛应用于数字应用的集成电路中。
　　MOSFET 可以以的几何形状制造，需要很少的功率来运行，并且生产相对简单，这使得它们适合用于超大规模集成 (VLSI) 数字电路——微处理器和存储器。MOSFET 还应用于模拟电路，例如滤波器和放大器。
　　n 沟道耗尽型 MOSFET (NMOS) 的配置

　　图 1显示了 n 沟道耗尽型 MOSFET 的结构。

　　图 1.n沟道耗尽型 MOSFET。
　　两个重掺杂的 n 型硅阱形成在由硅基底（称为衬底）模制而成的 p 型材料板中，它是器件的基础。重掺杂的n型部分充当源极和漏极。互换源极端子和漏极端子不会改变 MOSFET 特性——它是一个对称器件。
　　位于硅表面的轻掺杂 n 型材料的非常浅的沟道连接这些阱 - 该沟道具有与源极和漏极所使用的相同类型的杂质。
　　该结构的表面上方有一层绝缘二氧化硅 (SiO 2 )，其上有孔，可通过金属触点与源极和漏极端子连接。SiO 2是被称为电介质的绝缘层。
　　沉积在沟道上方氧化物上的金属电极用作晶体管的栅极。栅极通过 SiO 2层与 n 沟道绝缘 - n 沟道和栅极端子之间没有电连接。
　　由于 SiO 2层的存在，非常高的输入阻抗是 MOSFET 的基本特性。那么，对于直流偏置设计，栅极电流 Ig 基本上为 0 A。
　　栅极的金属区域与半导体沟道和绝缘电介质氧化物层相结合，形成平行板电容器，其中氧化物层充当电容器电介质。
　　有时，p 型衬底还具有金属接触，将 MOSFET 转换为四端器件 - 源极 (S)、漏极 (D)、栅极 (G) 和衬底 (B)。但衬底通常是轻掺杂的，并且它不是有效的栅极——定制方式是在内部将衬底连接到源极端子。基底的另一个名称是主体。
　　金属氧化物半导体场效应晶体管的名称来源于其物理结构：金属用于S、D、G和B连接；SiO 2绝缘层的氧化物；和半导体为基本结构。由于具有 SiO2 绝缘层，该器件的另一个名称是绝缘栅 FET 或 IGFET。然而，该名称也适用于不使用金属作为栅电极的器件，例如使用硅栅技术的器件。
　　栅源电压 Vgs = 0 的 NMOS
　　使栅极-源极电压Vgs＝0，并施加漏极-源极电压Vds，可观的漏极电流Idss(饱和漏极电流)可以在漏极和源极之间流动。这种效应是由于漏极处的正电荷吸引 n 沟道的自由电子而产生的。该电流类似于 JFET 沟道中流动的电流。

　　Idss 是当 Vgs = 0 并且 Vds 大到足以产生夹断时流过的漏极饱和电流。

　　栅源电压 Vgs < 0 的 NMOS
　　以这样的方式施加栅极到源极电压，使栅极相对于源极为负，负电荷将迫使自由电子离开沟道。它将通过栅极电容器的 SiO2 在沟道中感应出正电荷，从而在氧化物-硅界面处的硅表面形成载流子耗尽区。由于电流是由多数载流子（n 型材料的电子）产生的，因此感应的正电荷使沟道的导电性降低，从而增加了其电阻。
　　沟道中电荷的重新分布会导致多数载流子的有效耗尽，因此被称为耗尽型 MOSFET。
　　通过使栅极足够负，耗尽区将完全延伸穿过沟道，在沟道另一侧的 pn 结处连接耗尽区——在这种情况下，沟道不能在漏极和源极之间承载电流。这种现象与沟道漏极端 JFET 中发生的夹断现象相当。夹断电压是沟道变为不导通的负栅极值——通常为几伏。
　　栅源电压 Vgs > 0 的 NMOS
　　耗尽型 MOSFET 也可以在增强模式下工作。NMOS 可以在相当大的正栅源电压下工作。
　　施加栅极至源极电压，使栅极相对于源极为正，从而吸引额外的自由电子进入 n 沟道。自由载流子浓度的增强将降低沟道电阻，电流将升至Idss以上。
　　在漏极和源极之间施加电压

　　在漏极和源极之间施加电压，使漏极相对于源极为正，将沿着沟道产生电压降，漏极端相对于源极为正。漏极端的正电压会像栅极上的负电压一样扩大硅表面的耗尽层。

　　图 2 显示，由于沿沟道的电压降，靠近漏极端的沟道区域比靠近源极端的区域更加耗尽。
　　图 2.负栅极电压下的沟道耗尽。
　　当栅极和漏极之间的电压超过夹断电压时，沟道在漏极端被夹断，NMOS变成恒流器件。
　　NMOS的漏极特性和传输曲线

　　图 3显示了 NMOS 的理论伏安（漏极）特性。请注意 Vgs 分别为负值和正值的耗尽区和增强区（模式）。

　　图 3.耗尽型 NMOS 的漏极特性。
　　增加负偏压 Vgs 的幅度会减少 n 沟道中可用于传导的自由电子数量和漏极电流值，如 Vgs = -1 V、-2 V 时所示。
　　随着栅源电压沿正方向增加，漏极电流上升得更快，如 Vgs = 0 和 Vgs = +1 V 的曲线之间的垂直间距所示——Vgs 仅变化 1 V。

　　将漏极特性扩展到高 Vds 值会遇到击穿区域，漏极电流在该区域快速上升。这种击穿机制是当沟道漏极端的空间电荷区域上的电压降很大时，该区域中的雪崩效应。

　　图 4显示了 NMOS 的理论传输曲线。
　　图 4.耗尽型 NMOS 的传输曲线。
　　与 Vgs = 0 V 相比??，正栅源电压“增强”了沟道中自由载流子的数量。漏极特性和传输曲线上的 Vgs > 0 V 区域表示增强区域，截止和 Idss 之间表示耗尽区域地区。
　　p 沟道耗尽型 MOSFET (PMOS) 的配置
　　前面的分析原则上也适用于 p 沟道 MOSFET 或 PMOS。

　　p沟道耗尽型MOSFET的结构与图1的结构相反。图 5显示了 n 型衬底和 p 型沟道。端子保持相同的名称，但电压极性和电流方向相反。

　　图 5. p 沟道耗尽型 MOSFET
　　在p沟道器件中，Id从源极流向漏极，进入源极端子并离开漏极端子。
　　PMOS的漏极特性和传输曲线
　　在 PMOS 中，图 3的漏极特性和图 4的传输曲线中的电流和电压相反。

　　图 6显示了 p 沟道耗尽型 MOSFET 的漏极特性。Vds 为负值，Id 为正值，Vgs 为电压极性和电流方向的新基准所呈现的极性。

　　图 6.耗尽型 PMOS 的漏极特性。

　　漏极电流从正 Vgs 区域的截止（耗尽模式）增加到 Idss，然后随着越来越多的负 Vgs 值而上升（增强模式）。

　　图 7显示了 PMOS 的传输曲线。Vgs 中的极性反转以图 4所示的传输特性的镜像结束。
　　图 7.耗尽型 PMOS 的传输曲线。
　　关于耗尽型 MOSFET
　　耗尽型MOSFET具有连接源极侧和漏极侧的物理注入沟道。在NMOS中，沟道是连接p型衬底顶部的高掺杂n型源极和n型漏极区域的n型硅区域。
　　电流Id将流动，使得栅源电压Vgs=0并在漏极和源极之间施加电压（Vds）。当Vds大到足以产生夹断时，流过的漏极电流就是饱和电流Idss。
　　Vgs 控制沟道深度和电导率。正 Vgs 通过吸引更多电子、增加沟道电导率并降低其电阻率来增强 n 沟道。
　　负 Vgs 会排斥 n 沟道中的电子，从而降低其电导率。在负 Vgs 下工作会耗尽其自由载流子的通道——耗尽模式。
　　通过在负方向上越来越多地增加 Vgs，n 沟道将完全耗尽自由载流子，从而将 Id 降低到非常接近 0 A 的值，即使施加了 Vds。该Vgs负值是NMOS的夹断电压(Vp)或阈值电压(Vt)。
　　耗尽型 MOSFET 可以在增强型或耗尽型模式下工作。正Vgs将使耗尽型NMOS工作在增强模式，而负Vgs则使其工作在耗尽模式。
　　p沟道MOSFET或PMOS的工作原理与NMOS基本相同，只是两种类型的电流和电压具有相反的极性。
　　PMOS 由轻掺杂 n 型衬底和两个高掺杂 p 区域（充当源极和漏极）组成。连接源极和漏极的沟道是p型硅。