二氧化硅-MOS管的工作原理
双极型晶体管把输入端电流的微小变化放大后，在输出端输出一个大的电流变化。双极型晶体管的增益就定义为输出输入电流之比(beta)。另一种晶体管，叫做场效应管(FET)，把输入电压的变化转化为输出电流的变化。分别为电流控制器件和电压控制器件。FET的增益等于它的跨导(transconductance)gm，定义为输出电流的变化和输入电压变化之比。 场效应管的名字也来源于它的输入端栅(称为gate)，通过投影一个电场在一个绝缘层(氧化物SIO2)上来影响流过晶体管的电流。事实上没有电流流过这个绝缘体(只是一个电容的作用)，所以FET管的GATE电流非常小(电容的电流损耗)。最普通的FET用一薄层二氧化硅来作为GATE极下的绝缘体。这种晶体管称为金属氧化物半导体(MOS)晶体管，或,金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)(metaloxidesemicondutorfieldeffecttransistor)。因为MOS管更小更省电，所以他们已经在很多应用场合取代了双极型晶体管。
首先考察一个更简单的器件,MOS电容,能更好的理解MOS管。这个器件有两个电极，一个是金属，另一个是extrinsicsilicon(衬底)，他们之间由一薄层二氧化硅分隔开(图1.22A)。金属极就是GATE，而半导体端就是backgate或者bodyorbulkorbackground。他们之间的绝缘氧化层称为gatedielectric。图示中的器件有一个轻掺杂P型硅做成的backgate。这个MOS电容的电特性能通过把backgate接地，gate接不同的电压来说明。图1.22A中的MOS电容的GATE电位是0V。金属GATE和半导体BACKGATE在WORKFUNCTION(也可以说是物质组成上)上的差异在电介质(氧化层的上下)上产生了一个小电场。图示的器件中，这个电场使金属极带轻微的正电位(是因为下面衬底是P型的空穴多，电子少，故需要从别处"抢来"电子，所以氧化物处电子少了，故GATE极带正电)，P型硅负电位(相对电子多了)。这个电场把硅中底层的电子吸引到
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面来，它同时把空穴排斥出表面。这个电场太弱了，所以载流子浓度的变化非常小，对器件整体的特性影响也非常小。
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