由於在器件尺寸縮小的過程中，電源電壓不可能和器件尺寸按同樣比例縮小，這樣導致MOS器件內部電場增強。當MOS器件溝道中的電場強度超過100kV/cm時，電子在兩次散射間獲得的能量將可能超過它在散射中失去的能量，從而使一部分電子的能量顯著高於熱平衡時的平均動能而成為熱電子。高能量的熱電子將嚴重影響MOS器件和電路的可靠性。
熱電子效應主要表現在以下三個方面：
（1）、熱電子向柵氧化層中發射
（2）、熱電子效應引起襯底電流
（3）、熱電子效應引起柵電流
以加強型NMOS為例，當發生熱電子效應時，處於價帶的平衡態電子有機會因被熱電子撞擊而躍遷至導帶，而成為新的熱電子，產生許多電子-空穴對，使載子數量上升，造成載子倍增現象。這些因載子倍增所產生的電子，部分因電場作用向漏極運動，增加漏極電流；部分高能量電子則能夠射入柵氧化層，引起柵電流；而產生的空穴則部分向襯底運動，引起襯底電流，另一部分被源極所收集，使源極與井的耗盡層加寬，進一步縮短溝道長度，熱電子數量增加，促使更多的載子倍增，甚至發生電擊穿。
