在電子元器件的領(lǐng)域中，功率半導(dǎo)體器件 MOSFET 占據(jù)著舉足輕重的地位。如果說晶體管能夠被稱為 20 世紀(jì)偉大的發(fā)明，那么毫無疑問，MOSFET 在其中功不可沒。早在 1925 年，關(guān)于 MOSFET 基本原理的就已發(fā)表，1959 年貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了基于此原理的 MOSFET 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。時(shí)光荏苒，六十年后的今天，從大型的功率變換器，到小型的內(nèi)存、CPU 等各類電子設(shè)備元件，MOSFET 的身影無處不在。
MOSFET 作為一種半導(dǎo)體器件，其工作的基本原理與半導(dǎo)體的特性密切相關(guān)。我們知道，金屬材料可以導(dǎo)電，絕緣材料不導(dǎo)電，而半導(dǎo)體則能夠?qū)崿F(xiàn)既導(dǎo)電又不導(dǎo)電的特性。對于 MOSFET 而言，它需要實(shí)現(xiàn)的功能簡單來說就是既能實(shí)現(xiàn)電路的通，又能實(shí)現(xiàn)電路的斷。在數(shù)字電路里，這就是實(shí)現(xiàn) 0 和 1 的方式；在功率電路里，這是實(shí)現(xiàn) PWM 轉(zhuǎn)換器工作的基本手段。
要實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通，當(dāng)材料內(nèi)部具有自由移動的電子（負(fù)電荷）或者空穴（正電荷）時(shí)，也就是存在載流子的時(shí)候，材料就處于導(dǎo)通狀態(tài)。而要實(shí)現(xiàn)阻斷電流，只需將一定區(qū)域內(nèi)的自由載流子去除，材料就無法導(dǎo)電了。目前，我們用得多的半導(dǎo)體材料如硅（Si），是 Ⅳ 族元素，本身外層電子為 4，可以形成穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)，所以它本身無法導(dǎo)電。然而，當(dāng)材料中摻雜了其他元素，比如 Ⅲ 族或者 Ⅴ 族元素，取代了晶格中的位置，情況就會發(fā)生改變。摻雜 Ⅴ 族元素，結(jié)構(gòu)中就會有除外層 4 個(gè)以外的一個(gè)電子，多數(shù)載流子為電子；摻雜 Ⅲ 族元素，結(jié)構(gòu)中就缺一個(gè)電子構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，形成一個(gè)空穴，多數(shù)載流子為空穴。
MOSFET 全稱為 Metal - Oxide - Semiconductor Field - Effect Transistor，即金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其名字與結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。從結(jié)構(gòu)來看，從上往下依次是金屬、氧化層、摻雜的半導(dǎo)體材料。而 Field - Effect Transistor 中的 Field 指電場，意味著這種器件是電場驅(qū)動的晶體管。當(dāng)在上下極板加上正電壓，就會在材料中建立電場。以 P 摻雜為例，在外加電場的作用下，正電荷會往下離開，在上表面形成不含有自由載流子的耗盡區(qū)。當(dāng)施加的電壓足夠高時(shí)，會進(jìn)一步驅(qū)趕耗盡層內(nèi)的空穴，并吸引電子往上表面運(yùn)動，形成 N 型半導(dǎo)體，即反型層，也就是導(dǎo)電溝道。
以平面增強(qiáng)型 N 溝道 MOSFET 為例，其基本結(jié)構(gòu)從左到右為 NPN 的摻雜，在擴(kuò)散作用下會自然形成耗盡區(qū)，所以在未加外加電場時(shí)，漏極（Drain）到源極（Source）是斷開的，屬于 Normal off 的結(jié)構(gòu)。當(dāng) Vgs>0 時(shí)，會在氧化層下面首先形成新的耗盡層；當(dāng) Vgs>Vth 時(shí)，形成反型層，此時(shí) D 和 S 直接連通，MOSFET 導(dǎo)電溝道形成，進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。
增強(qiáng)型 N 溝道 MOS 輸出特性有三種工作區(qū)域。而 MOSFET 實(shí)際上是一個(gè)大家族，其符號與命名也有規(guī)律可循。MOSFET 不同于 JFET，在 Gate 是不與導(dǎo)電溝道相連的，有一層氧化絕緣層，所以從符號中可以看出，MOSFET 中 Gate 和溝道是有縫隙的。增強(qiáng)型 MOSFET 在未加外部電壓時(shí)為斷開（normal off），溝道為三段虛線；耗盡型 MOSFET 在未加外部電壓時(shí)為導(dǎo)通（normal on），溝道是一條直線。對于含有 bulk connection 的 MOSFET，區(qū)分 P 溝道與 N 溝道靠箭頭方向，箭頭方向遵循 P 指向 N 的準(zhǔn)則。
