首先来看MOS结构，它是MOSFET中的关键组成部分，MOSFET的基本工作原理主要体现在MOS结构上。MOS结构位于MOSFET的栅极上，也称MOS栅极结构。MOS栅极同时也是其他一些混合型器件的重要组成部分，比如绝缘栅双极型晶体管（IGBT）和MOS控制晶闸管（MCT）等。

MOS结构指的是，金属-氧化物-半导体结构，如图4-23所示。其中，氧化物是绝缘层，此时可以将MOS结构看成一个平板电容，金属和半导体的最外侧是电容的电极。

图4-23 MOS结构示意图

为了简明扼要地说明MOSFET的MOS栅工作原理，这里只考虑理想情况，做如下假设：

1）绝缘层完全不导电，没有载流子流动；

2）绝缘层体内没有任何电荷，即不受电场感应而出现电荷；

3）构成MOS结构的金属和半导体功函数相同；

4）半导体表面不考虑表面态，即不考虑半导体表面效应产生的能带弯曲。

若MOS结构上施加偏置电压，这个平板电容的两侧，即金属层与半导体层的两个对立面上就会被充电。两者所带电荷符号相反、数目相同，但所带电荷的密度和分布很不相同。在金属中，等量电荷只占很薄的一层，而在半导体中形成一个具有一定厚度的空间电荷区。该空间电荷区承受全部外加电压，对半导体深层起屏蔽外电场的作用，深层半导体不受外加电场影响。

显然，外加偏置的方向不同、外加的电场方向不同，半导体内形成的空间电荷区性质也不同。不妨设半导体为P型半导体，当金属电极的电位高于半导体电极时，电场方向为金属指向半导体层，半导体中的多子，即空穴在场的作用下会远离接触界面，空间电荷区为留下的受主离子，带负电。当金属电极的电位低于半导体电极时，外加电场方向为半导体指向金属层，半导体中的多子，即空穴在场的作用下会汇集在接触界面附近，空间电荷区为有多余的空穴，带正电。显然，这两种情况有明显的区别，罗列如下：(www.daowen.com)

1）前者是半导体表面处的多子浓度比平衡时低了，这种情况下的空间电荷区成为耗尽层；

2）后者表面出的多子浓度比平衡时的多子浓度高，称为累积层。

3）还有一种情况，当金属电极的电位远高于半导体电极时，在强电场的作用下，不仅把半导体表面出现的空穴推向半导体深处，还将半导体内的电子吸引到表面处，半导体表面处的电子浓度大大增加，甚至大于空穴浓度，半导体的表面由P型转为N型，称之为反型。

这三种情况的能带示意图如图4-24所示，在施加不同偏置电压稳定后，没有电流流过整个结构，处在热平衡状态，费米能级处处相等，图4-24a为没有偏置电压下，MOS结构的能带图，其中E_FS是半导体的费米能级，E_i是半导体的本征费米能级。

图4-24 不同电压情况下MOS结构能带和电荷分布

1）多数载流子累积。当外加电压U<0（即金属接负电位）时，半导体表面层能带向上翘，如图4-24b所示。此时越靠近表面，价带顶距费米能级越近，空穴密度越高，在形成的空间电荷区内，形成空穴的累积层。失去空穴的受主离子的分布并不因U而改变，因而此时表面层因反偏置引起的空穴累积而带正电。

2）多数载流子的耗尽。当外加电压U>0（即金属接正电位）时，半导体表面层能带向下弯曲，如图4-24c所示。此时半导体价带顶在表面附近逐渐远离费米能级，空穴密度随之降低。表面层因空穴的退出而带负电，电荷密度约等于受主离子的浓度。这就是载流子在表面的耗尽。

3）少子变成多子的反型。当外加电压U>0并进一步增加时，半导体表面处的能带进一步向下弯曲，最终使表面处能带的中央降到费米能级以下，即本征费米能级低于费米能级，如图4-24d所示。此时表面附近导带底比价带顶更接近费米能级，从而使电子的浓度超过了空穴浓度，成为多子。这样形成的薄层就是反型层。在反型层与半导体内部之间还有一个多子的耗尽层，因而此时的半导体空间电荷区由耗尽层的受主离子和反型层的电子两种负电荷组成。

当本征费米能级在表面刚刚低于费米能级时，反型层开始形成，电子浓度大于空穴浓度，但还不能与半导体平衡时的空穴浓度相比拟，这种情况称为弱反型。而强反型是至少表面电子浓度与平衡时的空穴浓度相等，满足强反型的外加临界电压一般叫做MOS栅的开启电压，以U_T表示。即外加的偏置电压大于开启电压U_T时，MOS结构中半导体表面处发生强反型，变成相反类型的半导体，一般也称之为MOS栅的开通。