讲MOS管工作原理之前，先简单了解一下MOS管的结构。MOS也叫MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor），翻译过来就是金属氧化物半导体场效应晶体管，是一种电压控制的元件（三极管为电流控制元件）。早期的MOS管栅极是金属铝栅（现在一般为多晶硅poly），MOSFET的核心是金属-氧化物-半导体，它们组成电容，形成电场，所以被称为金属氧化物半导体场效应管。MOS管分为PMOS管和NMOS管（如下图），以四端（B、S、D、G）MOS管器件为例，B（bulk）意为主体，代表衬底端，也被称为背栅；S（source）为源极，D（drain）为漏极，G（gate）为栅极，栅极与半导体之间存在一层氧化物，是SiO2隔离层，p-substrate为P型衬底，n-well为N阱（以CMOS单阱工艺为例），衬底和阱都是用于隔离。NMOS管的源极和漏极都是N型半导体，衬底是P型半导体，而PMOS管的源极和漏极都是P型半导体，衬底是N型半导体，即N阱。为了保证源漏对衬底的PN结反偏，电路中NMOS的衬底接低电平，而PMOS的衬底接高电平，而源极和衬底一般是短接的。

　　通常使用特殊符号来区分不同类型的MOS晶体管。下图中显示了一些具有代表性的符号。符号A和B分别是NMOS和PMOS管的标准符号，但它们没有在工业中普遍应用。符号G和H通常用于耗尽型器件，其中从漏极到源极的实线代表沟道。MOS管还有很多其他符号，再简单介绍几个，如图(a)中的符号包括晶体管的所有四个端子，其中衬底用B来表示。由于在大多数电路中，NMOS和PMOS器件的衬底端子分别接GND和VDD，所以如图(b)我们画图时通常省略这一连接。在数字电路中，习惯上用图(c)所示的开关符号来表示两种 MOS管。

　　下图左上角就是MOS管模拟的一个实物图（NMOS），给栅极高低电平，来控制它内部有一个东西叫做沟道，沟道长度L是漏源之间栅的尺寸，沟道宽度W是垂直于沟道长度方向的栅的尺寸。当这个沟道形成的时候，它能够让S和D这两边的半导体连在一起，就像有一条高速公路在里面，相当于通过它，MOS管就导通了，那么这个时候我们给栅极另外一个信号，控制这个沟道消失，中间这条路没有了，也就是所谓的截止。假设MOS管内部本身是没有沟道的，那么这个时候给它的栅极一个信号，它会逐渐形成沟道，这个品类叫做增强型的MOS管，还有一种MOS管，就是在不通电的情况下，本身内部已经存在沟道了，给栅极一个信号反而是让这个沟道消失，那么这个品类叫做耗尽型的MOS管，总结就是，增强型MOS管的沟道是从无到有，而耗尽型MOS管的沟道是从有到无，表示符号如下图。

　　接下来讲一下沟道是如何形成的，以增强型NMOS管为例，首先这个栅极接了高电平后，会在栅极极板这聚集正电荷，虽然栅极极板与P型衬底之间隔了一层氧化层，但同样会出现同性相斥异性相吸，所以尽管P型衬底的多子是空穴，也会吸引少子聚集在氧化层的下面，同时将多子排斥到衬底的下方，当栅极电压足够大时（即达到VTH阈值电压），栅极极板上带的正电荷就越多，即吸引力就越强，就能吸引足够多的自由电子聚集在氧化层的下面，从而形成N沟道，连接源极和漏极。栅电压越大，氧化层下面被吸引过来的电子就越多，形成的沟道就越宽，在源漏没有电压时沟道宽窄是一样的。

　　MOS管（以增强型NMOS管为例）有三个工作去区，分别是截止区、线性区、饱和区，当栅极电压较小时，即小于阈值电压，吸引的自由电子不足以形成沟道，所以源漏不能导通（理想状态），也就没办法形成漏极电流ID。当VGSVTH，且VDSVGS-VTH，MOS管进入线性区，电子均匀呈斜线（由于源漏存在电压）分布于沟道中（如下图b），漏极电流随着VDS的增加而增加，公式如下：

　　其中是\mu_{n}电子迁移率（因为NMOS管中参与导电的是电子），C_{ox}是单位面积的电容。当VGSVTH，且VDS≥VGS-VTH，MOS管进入饱和区，因为VDS不断增大，导致沟道被夹断，此时电流基本保持不变，把VDS=VGS-VTH代入线性区公式，就得到饱和区公式如下：

　　其中L^{}为有效沟道长度。由公式可以看出，MOS管工作在饱和区，漏极电流ID跟源漏电压VDS无关，而是随着栅极电压VGS的增大而增大。

　　最后来讲一下，沟道夹断了为什么还能导电。首先靠近漏极沟道变窄的原因，是栅极的影响力部分被漏极抵消了，可以理解成，栅极和漏极都是带正电，会抢自由电子（异性相吸）。当漏极电压继续升高，如果超过栅极电压，沟道右边的电子就会被漏极抢光，从而出现夹断现象，这时候MOS管进入饱和区，电流很难继续随电压增大。回到问题本身，沟道夹断了为什么还会有电流？其实这个夹断不是真正的断了，只是沟道与漏极中间隔了一个空间电荷区（如下图），靠近沟道那边是带负电，靠近漏极这边是带正电，有一个从右向左的电场力，只要有自由电子从夹断点出来，就会在电场力的作用下快速穿过空间电荷区到达漏极，从而形成饱和电流。当然，如果漏极的电压继续上升，它的空间电荷区持续扩张达到源极，那么源极的电子就会不受沟道和栅极电压的控制，直接经过空间电荷区高速到达漏极，这就是源漏直接穿通了，这时MOS管的开关功能也就作废了。