第7ox章  MOSFET原理
7.1 金属、半导体的功函数
在绝对零度时，金属中的电子填满了费米能级以下的所有能级，而高于费米能级的所有能级全部是空的。温度升高时，只有费米能级附近的少数电子受到热激发，由低于的能级跃迁到高于的能级上，但大部分电子仍不能脱离金属而逃逸出体外。这意味着金属中的电子虽然能够在金属中自由运动，但绝大多数电子所处的能级都低于体外（真空）的能级。要使金属中的电子从金属中逸出，必须由外界给它以足够的能量。从量子力学的观点看，金属中的电子是在一个势阱运动。用表示真空中静止电子的能量。如图7.1所示。
定义某种材料的功函数为：真空电子能量与材料的费米能级的差值。
则金属的功函数为
半导体的功函数为
功函数的物理意义：表示电子从起始能量等于由金属内逸出（跳到真空）需要的最小能量。
注意：半导体的费米能级随掺杂浓度改变，因而其功函数也随掺杂浓度变化。
图7.1 还显示了从的能量间隔，称谓电子亲和能，表示使处于半导体导带底的电子逃逸出体外（跳到真空能级）需要的最小能量。
即
利用电子的亲和能，半导体的功函数又可以表示为
表7.1 列出了硅在不同掺杂浓度下对应的功函数
7.2金属－氧化物－半导体场效应晶体管(MOSFET)
引言：MOS器件的发明先于双极器件，但由于加工工艺条件的限制，双极器件的商品化要早于MOS器件。随着半导体集成电路工艺的改善，MOS集成电路才有了突非猛进的发展。CMOS技术在历史上一度很盛行，大约在15年前，有一种观点认为CMOS电路会取代双极电路，现在，这一观点已变成了失败的预言。
MOS集成电路是由单个的MOS器件组成的各种功能单元组成的。MOS器件的核心是一个称为MOS电容的金属－氧化物－半导体结构。理解MOS器件的工作原理，最简单的方法应该
从MOS电容的结构出发，在电容的金属极板上相对于另一极板半导体衬底施加不同的电压，观察电容的介质即氧化物与半导体界面附近载流子浓度随施加电压的变化情况。