MOSFET 是一種金屬-氧化物-半導體場效電晶體，或說金屬-絕緣體-半導體。雙極型電晶體放大輸入端電流的微小變化，並在輸出端輸出較大的電流變化。雙極型電晶體的增益定義為輸出電流與輸入電流之比 (β)。另一種電晶體稱為場效電晶體 (FET)，它將輸入電壓的變化轉換為輸出電流的變化。 FET 的增益等於其跨導，跨導定義為輸出電流變化與輸入電壓變化之比。 FET 的名稱也源自於其輸入端（稱為閘極），它透過在絕緣層上投射電場來影響流過電晶體的電流。實際上沒有電流流過該絕緣層，因此 FET 的閘極電流非常小。最常見的 FET 使用一層薄薄的二氧化矽作為閘極下方的絕緣層。這種電晶體被稱為金屬氧化物半導體 (MOS) 電晶體，或金屬氧化物半導體場效電晶體 (MOSFET)。由於 MOSFET 體積更小、功率效率更高，它們在許多應用中取代了雙極電晶體。

什麼是MOS？效果如何？

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MOSFET是金屬-氧化物-半導體場效電晶體，或金屬-絕緣體-半導體。 MOSFET的源極和汲極可以反轉，它們都是在P型背柵中形成的N型區域。大多數情況下，這兩個區域是相同的，即使兩端反轉也不會影響裝置的效能。這樣的裝置被認為是對稱的。

雙極型電晶體將輸入端電流的微小變化放大，在輸出端輸出較大的電流變化。雙極電晶體的增益定義為輸出電流與輸入電流之比（β）。另一種類型的電晶體稱為場效電晶體 (FET)，它將輸入電壓的變化轉換為輸出電流的變化。 FET 的增益等於其跨導，跨導定義為輸出電流變化與輸入電壓變化之比。

場效電晶體（FET）的名稱也源自於其輸入端（稱為閘極），它透過在絕緣層上施加電場來影響流過電晶體的電流。實際上，沒有電流流過該絕緣層，因此FET的閘極電流非常小。最常見的FET使用一層薄薄的二氧化矽作為閘極下方的絕緣層。這種電晶體被稱為金屬氧化物半導體（MOS）電晶體，或金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）。由於MOSFET體積更小、功率效率更高，它們在許多應用中已經取代了雙極電晶體。

為了更能理解MOSFET，首先來看一個更簡單的元件——MOS電容。此元件有兩個電極，一個由金屬製成，另一個由非本徵矽製成，中間由一層薄薄的二氧化矽隔開。金屬極點稱為閘極 (GATE)，半導體極點稱為背柵 (backgate) 或稱基體 (body)。它們之間的絕緣氧化層稱為柵極電介質。圖中所示的裝置有一個由輕摻雜P型矽製成的背柵。此MOS電容的電氣特性可以透過將背柵接地並將閘極連接到不同的電壓來解釋。 MOS電容的閘極電位為0V。金屬閘極 (GATE) 和半導體背柵 (BACKGATE) 之間的功函數差異會在電介質上產生一個微小的電場。在該裝置中，此電場使金屬極點略帶正電，而P型矽極點略帶負電。該電場將電子從矽底層吸引到表面，同時將電洞從表面排斥出去。這個電場太弱了，所以載子濃度的變化很小，對元件整體特性的影響也很小。

當 MOS 電容的 GATE 相對於 BACKGATE 正向偏壓時會發生什麼情況。柵極電介質上的電場增強，更多的電子被從基板上拉出。同時，空穴被表面排斥。隨著 GATE 電壓的增加，表面上的電子將多於電洞。由於電子過多，矽表面看起來像N型矽。摻雜極性的反轉稱為反轉，反轉的矽層稱為通道。隨著GATE電壓不斷升高，表面累積的電子越來越多，通道變成強反轉。形成通道的電壓稱為閾值電壓Vt。當電壓差超過閾值電壓時，通道出現。

MOS電容：(A)無偏壓(VBG=0V)，(B)反相(VBG=3V)，(C)累積(VBG=-3V)。

中間是MOS電容的GATE相對於背柵為負電壓的情況。電場反轉，將電洞吸引到表面並排斥電子。矽表面似乎摻雜更重，並且該元件被認為處於累積狀態。

利用MOS電容的特性可以形成MOS電晶體。柵極、電介質和背柵保持原樣。 GATE 的兩側是兩個額外的選擇性摻雜區域。其中之一稱為源極，另一個稱為汲極。假設源極和背柵均接地，汲極連接至正電壓。只要GATE和BACKGATE之間的電壓仍然小於閾值電壓，就不會形成通道。漏極和背柵之間的PN接面是反向偏壓的，因此只有少量電流從汲極流到背柵。如果 GATE 電壓超過閾值電壓，則 GATE 電介質下方會出現通道。此通道就像一層薄薄的 N 型矽，使汲極和源極短路。由電子組成的電流從源極通過通道流到汲極。一般來說，只有當閘極源電壓V超過閾值電壓Vt時，才會有汲極電流。

在對稱MOSFET中，源極和汲極的標記有些隨意。根據定義，載子從源極流出並流入汲極。因此，源極和汲極的標識由裝置的偏壓決定。有時電晶體上的偏壓不固定，兩條引線會互換角色。在這種情況下，電路設計人員必須指定一個為汲極，另一個為源極。

源極和汲極是非對稱MOSFET，具有不同的摻雜和幾何形狀。製造非對稱電晶體的原因有很多，但最終結果都是一樣的。一個引線端子被優化為汲極，另一個引線端子被優化為源極。如果汲極和源極互換，元件將無法正常運作。

電晶體具有N型通道，因此稱為N通道MOSFET，簡稱NMOS。此外，還有P通道MOS（PMOS）管，它是由輕摻雜的N型BACKGATE以及P型源極和汲極組成的P型MOSFET。如果該電晶體的GATE相對於BACKGATE正向偏置，電子會被吸引到表面，而電洞會被排斥。矽表面會積累，不會形成通道。如果GATE相對於BACKGATE反向偏置，則電洞會被吸引到表面，形成一個通道。因此，PMOS電晶體的閾值電壓為負。由於NMOS的閾值電壓為正，而PMOS的閾值電壓為負，工程師通常會去掉閾值電壓前面的符號。工程師可能會說“PMOS Vt從0.6V上升到0.7V”，而實際上PMOS Vt從-0.6V下降到-0.7V。