1.MIS结构

在了解MOSFET之前，我们先了解一种较为简单的结构P-MIS（金属-绝缘层-p型半导体）

该结构仍遵循费米能级的一致性，即金属和硅的费米能级要相平，结构如图：

①在金属上加上负偏压，会在介质另一端硅的表面感应出带正电的空穴，表现在能带上就是能带向上弯曲，形成空穴的势阱，这一过程叫做多子积累

②不加电压时，半导体为中性区，不导电，叫做平带

③外加正的小电压时，感应出电子，表现在能带上是能带向下稍微弯曲，形成电子的势阱，表面处出现少量电子；随着正电压的增大，电子区的宽度越来越大，形成耗尽区，会有一个最大的距离。我们将这一过程称为弱反型过程。

④当正向电压很大时，耗尽区宽度恒定，少子从体区漂移进硅表面，此时表面电子总浓度已经与体区空穴总浓度相当，这一状态叫做强反型。能带图如下：

2.MOSFET的结构（以N沟道增强型MOSFET为例）

我们将MIS结构两端分别加上N型区，分别叫做源（source）、漏（drain）这样就形成了两个相互背靠着的PN结（NPN），再加上金属和氧化物组成的电容栅（gate）就叫做MOSFET器件。我们不难发现，不管横向加什么电压，总有一个PN结处于反向状态，器件都不会导通。现在请思考，怎么样才能使这个管子导通电流呢？

不错，正是给它的金属栅上加上正电压，在上面的MIS结构中，我们已经知道，加上正电压后，在硅表面会出现电子；感性认识：正负电荷相吸引，类似于电容板，P型硅中的少子电子都被吸引到表面层，构成一个电子沟道，那么源-沟道-漏就是一个完整的N型硅，在源漏加上电压，这个管子就能顺利导通了。

更进一步的，具体要在金属栅上加多大的电压，才能导通？这就引入了阈值电压的概念，感性上认识：在表面加足够大的正电压，感应出足够多的电子，就可以导通了；理性认识，我们定义MIS结构表面强反型时，器件完全导通，此时金属栅上加的电压叫做阈值电压，记作Vth(threshold—阈值的意思)

3.MOSFET的能带结构

其实就是一个MIS横向结构，半导体表面电子浓度为：

沟道的费米能级同高，因此，栅源势垒高度EB = ECch − Ef。可以求出势垒高度为：

横向的能带结构就可以看作：

其实我们可以把能带图类比于湖面：

栅极的作用是控制运河的高低，栅压越大，运河越低，湖S,D越容易导通；而源漏间的电压形成的电场就相当于湖S,D的液面差，液面差越大，液体流速越快；总的来说，栅极电压是开启沟道的条件，源漏的电压是电流大小的关键，但仍然被栅压所限制。

小结：MOSFET 实际上就是一个压控电阻，这个电阻处于源漏之间，可以通过控制栅压来控制沟道中载流子数目，进而控制沟道电导；栅压在氧化层中产生感生电场，影响半导体的能带结构。本小节我们认识了MIS结构和MOSFET结构的基本特点，需要认识到三端栅源漏各自的特点与作用，下一节我们深入学习MOSFET的电流模型和电路中的作用。