從4004到core i7——處理器的進化史-CPU構成零件-1

　　在下面的兩個帖子當中，我將簡短地介紹構成CPU的零件，一種晶體管。我將展示如何完成最簡單的設計，這相當于IC設計中的Hello world，并且略微提到Hello world的幾種變體。

　　為了防止下面的內容顯得突兀，再鋪墊一點最最基礎的半導體知識。

　　硅是地殼中含量第二大的元素。

　　湊巧的是，它處于金屬、非金屬分界線上。這也就是說，它的導電能力介于純粹的導體和純粹的絕緣體之間。

　　最純凈的單晶硅(純度超過99.9999%)略微導電，導電性主要受溫度控制。這就是本征半導體。

　　硅有4個價電子。這就意味著，如果我們摻入3價元素，例如硼，就會有一個空穴;如果我們摻入5價元素，比如磷，就會多出一個價電子。也就是說，我們可以造出P型和N型半導體。其中P=positive,N=negative，說的是其中自由移動的帶電粒子的電荷性。更加湊巧的是，摻雜的濃度可以控制其中帶電粒子的濃度(溫度的影響相對雜質而言較小)，進而控制其電導率。

　　將P性和N性的材料接觸便會形成PN結。我在此不會涉及PN結的詳細解釋，那需要用到能帶理論。僅僅知道PN結在P->N的足夠大的外電場(>0.7V典型值)下可以認為短路，在N->P的外電場下可以認為斷路就足夠了。

　　現(xiàn)在我們有了可以自由控制硅片上某一區(qū)域導電性的方法，還知道了怎樣制造一個最簡單的電流的單向閥——PN結。這兩個事實是一切半導體IC的基石。

　　現(xiàn)在我們請出我們的磚瓦：為了給它一個隆重的登場，我另起一行，它就是：

　　金屬——氧化物——半導體 場效應 晶體管

　　Metal - Oxide - Semiconductor Field-Effect Transistor

　　肯定有不少人見到它的昵稱——MOSFET，或者干脆簡稱MOS管。

　　下面發(fā)一張MOS管的靚照：

　　再來一張生理結構圖