MOS 晶体管结构

MOS晶体管结构由金属、氧化物和半导体结构（因此，MOS）组成。

考虑具有 p 衬底和 n+ 扩散阱作为漏极和源极端子的 NMOS 晶体管。氧化物层由SiO 2制成并且生长在漏极和源极之间的沟道上方。栅极端子由n+掺杂的多晶硅或铝制成。

 
图 1.  NMOS 晶体管的鸟瞰图。

在无偏压条件下，漏极/源极和衬底界面处的 pn 结是反向偏压的。晶体管的能带图如图2所示。

正如您所看到的，金属、氧化物和半导体的费米能级自行排列。由于氧化物-半导体界面处的电压降，Si 能带出现弯曲。内置电场的方向是从金属到氧化物再到半导体，并且电压降的方向与电场的方向相反。

该电压降是由于金属和半导体之间的功函数差异而产生的（部分电压降发生在氧化物上，其余的发生在 Si-SiO 2界面上）。功函数是电子从费米能级逃逸到自由空间所需的能量。您可以在Jordan Edmunds 的这段视频中了解有关 MOS 晶体管能带图和能带弯曲的更多信息。

  图 2. 无偏置 NMOS 晶体管的能带图

接下来，假设栅极具有负电压，源极具有负电压，其中漏极和衬底接地。由于负电压，基板中的空穴（多数载流子）被吸引到表面。这种现象称为积累。衬底中的少数载流子（电子）被推回到衬底深处。相应的能带图如下。

 
图 3.栅极端有负电压的 NMOS 晶体管的能带图

由于电场的方向是从半导体到氧化物再到金属，因此能带向相反方向弯曲。另外，请注意费米能级的变化。

耗尽和耗尽区域

或者，考虑栅极电压略大于零。空穴被排斥回到衬底中，并且沟道中的任何移动电荷载流子被耗尽。这种现象称为耗尽，并且产生比无偏条件更宽的耗尽区。

 
    图 4.  NMOS 中的耗尽区

 
图5. 图4所示的NMOS耗尽区对应的能带图

由于电场是从金属到氧化物再到半导体，因此能带向下弯曲。