年轻后妈

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CMOS到底是怎么工作的

时间:2020-03-01 00:12:31

本文来源于公众号“半导体产业园”

在现代集成电路设计中,CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物半导体)是最基本的单元,我们在美色诱惑 中经常会遇到这样的描述“在这个1平方厘米的芯片上,集成了10亿个晶体管”,其中一个最基本的CMOS就是一个晶体管。我们这一期就了解一下自拍AV视频 CMOS的工作原理。由于CMOS是一个比较复杂的一部分,所以我只是从原理上来和大家聊,不涉及到任何物理公式,数学曲线等等,只是聊一下最最基本的东西,只定性,不定量。

我们在上一期中了解了,半导体分为N型半导体和P型半导体。N型半导体里面有可以随风飘走的自由电子,P型半导体里面有可以随风飘的空穴(还是那句话,只是相对的),我们在这里为了方便描述,只用N型半导体来说明。

年轻后妈当我们对栅端施加一个压力时,会控制水流大小从源端流向漏端。

举个例子:

年轻后妈水龙头都见过吧,长这样。

年轻后妈水流方向从左边流向右边,上面有一个开关,拧下去的时候水流停止,拧上去的时候水流打开。左边是水流的源头我们给它起个名字,叫做源端(就是源头的意思嘛),右边是水流出去的地方,也就是说水都从这个地方漏出去了,我们也给它起个名字叫做漏端。上面的开关控制着有没有水从源端流到漏端,像是一个栅栏一样,如果这个栅栏放下来,就阻断了水流的流向,如果放上去,正好相反,那我们也给它起个名字,叫做栅端(但是,这里如果读作zha四声,那就太难听了,查了一下新华字典,这个字还可以读作shan一声,这样就好听多了,所以我们一律读shan一声)。其实栅端不仅仅控制有没有水流,还要控制水流的大小。那怎么控制呢,细心的人会发现开关上有螺纹,可以控制这个栅栏下去的深度,从而达到控制水流大小的目的,这样就避免了我轻轻一碰开关,水流就直接流出来的尴尬。这就是水龙头的工作原理,我们可以将这个图片再简化一下。如下

水龙头的简化模型

但是这里要注意,这里有三个状态,没有水的状态,很小水量的状态(因为栅端压力太小,没有完全打开),水量充足状态(栅端压力已经把栅栏完全打开)。

CMOS原理:

年轻后妈其实聊到这里我们已经了解了CMOS的工作原理,怎么?还不明白?那好吧,我们再换个名字,比如这样。

在N型半导体中,在源端和漏端打入N型材料,如果在源端接地(0V),在漏端接一个相对较大的正电压,那么电子流根据异性相吸的原则也会从源端流向漏端。你可能会问,那栅端的作用是啥呢?其实栅端的作用和水龙头一样,控制着有没有电子流或者电子流的大小。我们再画个图

年轻后妈当我们在栅端加一个正电压时,源端的电子流和栅端的左侧靠的进,所以源端的电子流首先往右上角走(因为二氧化硅是纯绝缘体,所以不会有源端的电子跑到上面去)。当栅端的电压越大时,电子就越往右,直到当栅端电压大于某个值时,源端的电子流可以流到漏端了。这样电子流就有一个完整的通路了。只要源,栅,漏端的电压不变,电子流会源源不断的从源端到漏端,就形成下面这个图的样子~

原标题:CMOS到底是怎么工作的

年轻后妈我们再起个名字吧,这个通路叫做沟道(红色部分)。当电子流刚刚到达漏端时,栅端所加的电压值叫做阀值电压。因为这一堆结构要有一个载体(总不能悬浮在空中吧),所以我们选择P型硅片作为衬底,漏端和源端是在这个衬底上形成的。

同样的,这个过程也有三个状态与上面的水龙头模型对应,完全没有电流状态,很小电流状态和电流充足状态。我们把这三个状态分别起个名字,叫做截止区,线性区和饱和区(我觉得到这里就可以了~不用再深入了,如果还想了解更清楚的朋友,请留言)。

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