從4004到core i7——處理器的進化史-CPU構(gòu)成零件-1

　　最后來一張符號圖

　　注意，MOSFET有P溝道和N溝道兩種類型。

　　好了，我說過我不會過于深入器件，所以我簡短的陳述一下MOSFET工作的原理，我們就以N溝道型MOS管為例，就是上面第二張圖片中的管子。

　　MOS管是4端元件，分別是源、漏、門(柵)、底襯。

　　其中，門極通過一層二氧化硅和其余的部分絕緣，它僅能通過自身積累的電荷產(chǎn)生的電場施加影響而不能產(chǎn)生長久的電流。注意這個特性決定了MOS管的低功耗性能非常優(yōu)異。

　　漏極和柵極平常通過底襯被分割開來。注意這樣形成了N-P-N結(jié)構(gòu)。根據(jù)上面的知識，正常情況下無論怎樣的漏-源電壓都無法使電流通過：兩個PN結(jié)中總有一個是反向偏置的。

　　但是當柵極上有正電荷時神奇的事情就發(fā)生了：它產(chǎn)生的電場將源極(N+表示高摻雜的N型半導體，富含自由電子)的一些電子掃入底襯，并且牢牢控制在正對著它的漏-源之間的上表面(溝道)。上表面薄薄一層之內(nèi)積聚了如此多的自由電子，以至于它再也不是P型半導體了——它成了N型。(發(fā)生了半導體強反型)萬歲!我們終于將漏——源聯(lián)系了起來，電流可以在其中通過了。注意到，這種聯(lián)系是我們可以控制的。也就是說，我們有了一個電壓控制的開關(guān)。這也就意味著，我們可以開始構(gòu)建CPU的第一步了。

　　為了避免過度簡化事物，我在此還是不得不提一下MOSFET的詳細性質(zhì)。又由于篇幅限制，我不得不將大段內(nèi)容略去。建議想要真的理解我試圖表達的后續(xù)內(nèi)容的外行人勤奮的自行wiki。

　　1)MOSFET有3個工作區(qū)：亞閾值、阻性區(qū)(線性區(qū))、飽和區(qū)(放大區(qū)，恒流源區(qū))

　　2)MOSFET有一些2階效應(yīng)。在深亞微米條件下，MOSFET變得如此的小，以至于這些原本可以忽略不計只存在于文獻中的特性變得如此的顯著以至于大量的技術(shù)被發(fā)明來控制MOSFET管對于理想電壓開關(guān)模型的偏離。注意!!!這里有一個重要的設(shè)計思想：控制你的器件，不要讓它變得太復雜。如果它變得太復雜，就想方設(shè)法讓它變得簡單，或者干脆換一個器件。

　　這些2階效應(yīng)中有一些你肯定聽說過：

　　溝道長度調(diào)制效應(yīng)

　　閾值偏移

　　亞閾值導通

　　速度飽和

　　熱載流子效應(yīng)

　　閂鎖