MOSFET（金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管）是一种电压控制型半导体器件，其工作原理基于半导体表面电场效应，通过栅极电压来控制源极和漏极之间的电流。以下从结构基础、不同类型MOSFET的工作原理展开介绍：

结构基础

MOSFET主要由栅极（G）、源极（S）和漏极（D）三个电极构成，栅极与半导体之间有一层绝缘的氧化物（通常是二氧化硅）。根据导电载流子类型可分为N沟道和P沟道MOSFET，依据工作模式又可分为增强型和耗尽型。

N沟道增强型MOSFET工作原理

• 截止状态

• 当栅极和源极之间的电压VGS=0时，P型衬底与源极、漏极之间的PN结处于反偏状态，源极和漏极之间没有导电沟道，此时漏极电流ID=0，MOSFET处于截止状态。

• 可以将MOSFET想象成一个开关，此时开关处于断开状态，电流无法通过。

• 导通过程

• 当在栅极和源极之间施加一个正向电压VGS（且VGS>VTH，VTH为开启电压）时，电场会吸引P型衬底中的电子，在栅极下方的半导体表面逐渐形成一个N型反型层。这个反型层就像一条连接源极和漏极的“电子通道”，随着VGS的增大，反型层中的电子浓度增加，沟道电阻减小。

• 当在漏极和源极之间施加一个正向电压VDS时，电子就会从源极通过这个N型反型层流向漏极，形成漏极电流ID。VGS越大，沟道越宽，电子流动越顺畅，ID也就越大。

• 这就好比用水管来类比，栅极电压就像是控制水龙头开度的力量，VGS越大，水龙头开得越大，水流（ID）也就越大。

• 线性区与饱和区

• 线性区：当VDS较小时，沟道内的电场分布比较均匀，漏极电流ID与VDS近似成正比，此时MOSFET工作在线性区，类似于一个可变电阻。

• 饱和区：随着VDS的增大，沟道靠近漏极一端的电场逐渐增强，当VDS增大到一定程度（VDS≥VGS−VTH）时，沟道在漏极附近被夹断，此时漏极电流ID几乎不再随VDS的增大而增大，只取决于VGS，MOSFET工作在饱和区，类似于一个电流源。

N沟道耗尽型MOSFET工作原理

• 初始导通：耗尽型MOSFET在栅极和源极之间的电压VGS=0时，源极和漏极之间就已经存在一个导电沟道，此时在漏极和源极之间施加正向电压VDS，就会有漏极电流ID流过。

• 栅极电压控制：当施加正向VGS时，会吸引更多的电子进入沟道，使沟道变宽，沟道电阻减小，ID增大；当施加负向VGS时，会排斥沟道中的电子，使沟道变窄，沟道电阻增大，ID减小。当负向VGS达到一定值时，沟道被夹断，ID=0。

P沟道MOSFET工作原理

P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET类似，只是载流子类型和电压极性相反。

• P沟道增强型MOSFET：在栅极和源极之间施加负向电压VGS（且∣VGS∣>∣VTH∣）时，会在N型衬底表面形成P型反型层，作为导电沟道。当在漏极和源极之间施加负向电压VDS时，空穴从源极通过沟道流向漏极，形成漏极电流ID。

• P沟道耗尽型MOSFET：在VGS=0时，源极和漏极之间就存在P型导电沟道。施加负向VGS会使沟道变宽，ID增大；施加正向VGS会使沟道变窄，ID减小。