从4004到core i7——处理器的进化史-CPU构成零件-1

　　最后来一张符号图

　　注意，MOSFET有P沟道和N沟道两种类型。

　　好了，我说过我不会过于深入器件，所以我简短的陈述一下MOSFET工作的原理，我们就以N沟道型MOS管为例，就是上面第二张图片中的管子。

　　MOS管是4端元件，分别是源、漏、门(栅)、底衬。

　　其中，门极通过一层二氧化硅和其余的部分绝缘，它仅能通过自身积累的电荷产生的电场施加影响而不能产生长久的电流。注意这个特性决定了MOS管的低功耗性能非常优异。

　　漏极和栅极平常通过底衬被分割开来。注意这样形成了N-P-N结构。根据上面的知识，正常情况下无论怎样的漏-源电压都无法使电流通过：两个PN结中总有一个是反向偏置的。

　　但是当栅极上有正电荷时神奇的事情就发生了：它产生的电场将源极(N+表示高掺杂的N型半导体，富含自由电子)的一些电子扫入底衬，并且牢牢控制在正对着它的漏-源之间的上表面(沟道)。上表面薄薄一层之内积聚了如此多的自由电子，以至于它再也不是P型半导体了——它成了N型。(发生了半导体强反型)万岁!我们终于将漏——源联系了起来，电流可以在其中通过了。注意到，这种联系是我们可以控制的。也就是说，我们有了一个电压控制的开关。这也就意味着，我们可以开始构建CPU的第一步了。

　　为了避免过度简化事物，我在此还是不得不提一下MOSFET的详细性质。又由于篇幅限制，我不得不将大段内容略去。建议想要真的理解我试图表达的后续内容的外行人勤奋的自行wiki。

　　1)MOSFET有3个工作区：亚阈值、阻性区(线性区)、饱和区(放大区，恒流源区)

　　2)MOSFET有一些2阶效应。在深亚微米条件下，MOSFET变得如此的小，以至于这些原本可以忽略不计只存在于文献中的特性变得如此的显著以至于大量的技术被发明来控制MOSFET管对于理想电压开关模型的偏离。注意!!!这里有一个重要的设计思想：控制你的器件，不要让它变得太复杂。如果它变得太复杂，就想方设法让它变得简单，或者干脆换一个器件。

　　这些2阶效应中有一些你肯定听说过：

　　沟道长度调制效应

　　阈值偏移

　　亚阈值导通

　　速度饱和

　　热载流子效应

　　闩锁