首先考察一個更簡單的器件——MOS電容——能更好的理解MOS管。這個器件有兩個電極,一個是金屬,另一個是extrinsic silicon(外在硅),他們之間由一薄層二氧化硅分隔開。金屬極就是GATE,而半導(dǎo)體端就是backgate或者body。他們之間的絕緣氧化層稱為gate dielectric(柵介質(zhì))。圖示中的器件有一個輕摻雜P型硅做成的backgate。這個MOS 電容的電特性能通過把backgate接地,gate接不同的電壓來說明。MOS電容的GATE電位是0V。金屬GATE和半導(dǎo)體BACKGATE在WORK FUNCTION上的差異在電介質(zhì)上產(chǎn)生了一個小電場。在器件中,這個電場使金屬極帶輕微的正電位,P型硅負(fù)電位。這個電場把硅中底層的電子吸引到表面來,它同時把空穴排斥出表面。這個電場太弱了,所以載流子濃度的變化非常小,對器件整體的特性影響也非常小。當(dāng)MOS電容的GATE相對于BACKGATE正偏置時發(fā)生的情況。穿過GATE DIELECTRIC的電場加強(qiáng)了,有更多的電子從襯底被拉了上來。同時,空穴被排斥出表面。隨著GATE電壓的升高,會出現(xiàn)表面的電子比空穴多的情況。由于過剩的電子,硅表層看上去就像N型硅。摻雜極性的反轉(zhuǎn)被稱為inversion,反轉(zhuǎn)的硅層叫做channel。隨著GATE電壓的持續(xù)不斷升高,越來越多的電子在表面積累,channel變成了強(qiáng)反轉(zhuǎn)。Channel形成時的電壓被稱為閾值電壓Vt。當(dāng)GATE和BACKGATE之間的電壓差小于閾值電壓時,不會形成channel。當(dāng)電壓差超過閾值電壓時,channel就出現(xiàn)了。
在對稱的MOS管中,對source和drain的標(biāo)注有一點(diǎn)任意性。定義上,載流子流出source,流入drain。因此Source和drain的身份就靠器件的偏置來決定了。有時晶體管上的偏置電壓是不定的,兩個引線端就會互相對換角色。這種情況下,電路設(shè)計(jì)師必須指定一個是drain另一個是source。
Source和drain不同摻雜不同幾何形狀的就是非對稱MOS管。制造非對稱晶體管有很多理由,但所有的*終結(jié)果都是一樣的。一個引線端被優(yōu)化作為drain,另一個被優(yōu)化作為source。如果drain和source對調(diào),這個器件就不能正常工作了。