原创 模拟电路有源器件之MOSFET

金属-氧化层-半导体-场效电晶体，简称金氧半场效电晶体（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效电晶体（field-effect transistor）。MOSFET依照其“通道”的极性不同，可分为n-type与p-type的MOSFET，通常又称为NMOSFET与PMOSFET，其他简称尚包括NMOS FET、PMOS FET、nMOSFET、pMOSFET等。

从目前的角度来看MOSFET的命名，事实上会让人得到错误的印象。因为MOSFET里代表“metal”的第一个字母M，在当下大部分同类的元件里是不存在的。早期MOSFET的闸极（gate electrode）使用金属作为其材料，但随着半导体技术的进步，现代的MOSFET闸极早已用多晶硅取代了金属。

MOSFET在概念上属于“绝缘闸极场效电晶体”（Insulated-Gate Field Effect Transistor, IGFET）。而IGFET的闸极绝缘层，有可能是其他物质，而非MOSFET使用的氧化层。有些人在提到拥有多晶硅闸极的场效电晶体元件时比较喜欢用IGFET，但是这些IGFET多半指的是MOSFET。

MOSFET里的氧化层位于其通道上方，依照其操作电压的不同，这层氧化物的厚度仅有数十至数百埃（?）不等，通常材料是二氧化硅（silicon dioxide, SiO₂），不过有些新的进阶制程已经可以使用如氮氧化硅（silicon oxynitride, SiON）做为氧化层之用。

今日半导体元件的材料通常以硅（silicon）为首选，但是也有些半导体公司发展出使用其他半导体材料的制程，当中最著名的例如IBM使用硅与锗（germanium）的混合物所发展的硅锗制程（silicon-germanium process, SiGe process）。而可惜的是很多拥有良好电性的半导体材料，如砷化镓（gallium arsenide, GaAs），因为无法在表面长出品质够好的氧化层，所以无法用来制造MOSFET元件。

当一个够大的电位差施于MOSFET的闸极与源极（source）之间时，电场会在氧化层下方的半导体表面形成感应电荷，而这时所谓的“反转通道”（inversion channel）就会形成。通道的极性与其汲极（drain）与源极相同，假设汲极和源极是n-type，那么通道也会是n-type。通道形成后，MOSFET即可让电流通过，而依据施于闸极的电压值不同，可由MOSFET的通道流过的电流大小亦会受其控制而改变。