從4004到core i7——處理器的進(jìn)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(huì)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(gè)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(shí)，正常情況下無論怎樣的漏-源電壓都無法使電流通過：兩個(gè)PN結(jié)中總有一個(gè)是反向偏置的。

　　但是當(dāng)柵極上有正電荷時(shí)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(dǎo)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(dǎo)體了——它成了N型。(發(fā)生了半導(dǎo)體強(qiáng)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(gè)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(xì)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(dá)的后續(xù)內(nèi)容的外行人勤奮的自行wiki。

　　1)MOSFET有3個(gè)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(jì)只存在于文獻(xiàn)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(gè)重要的設(shè)計(jì)思想：控制你的器件，不要讓它變得太復(fù)雜。如果它變得太復(fù)雜，就想方設(shè)法讓它變得簡單，或者干脆換一個(gè)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(dǎo)通

　　速度飽和

　　熱載流子效應(yīng)

　　閂鎖