電路基礎——NMOS實體結構
李狗蛋
天津大學 微電子學與固體電子學博士
我們清楚了NMOS的一個重要功能——放大，可是NMOS是怎麼實作這個功能的呢？它的實體結構又是怎樣的呢？現在我們來讨論一下NMOS的結構和原理。
我們先要有一個共識，就是純淨的半導體矽，它的導電功能實在是太半絕緣了一點——導電率太低。是以制作器件或者晶片的半導體都是摻雜矽，以摻硼——P型半導體，P代表positive；摻磷——N型半導體，N代表negative為主。內建電路中又以P型半導體較為常見。
IC的制作工藝和堆積木沒有什麼不同，都是一層一層摞起來的，隻不過更為複雜和繁瑣。我相信3D列印技術的發展，會對定制IC産生革命性的影響。也許你有一天就可以跟在淘寶列印相冊一樣，去定制列印一個屬于自己的晶片。
看看我剛畫好的NMOS結構圖，看看這優雅的配色，迷人的線條，不規則的圖形，多麼完美！什麼？你覺得很醜！紅綠藍都是什麼玩意兒？！等到後面，你會了解我的良苦用心的！
襯底是P型的，也就是說在沒有任何外界電壓下，襯底裡面充滿了空穴。當D和S都不加電壓，而VG>VTH時，不得了，溝道裡面充滿了電子啦！這些電子是怎麼來的呢？記住一件事，襯底永遠是接地的！電子就是從襯底裡來的，從大地中來的。換個角度來了解，多晶矽poly和襯底之間夾着一個二氧化矽層，這就是一個電容啊，電容的上極闆加正電壓帶正電，下極闆出現電子也是理所當然。
溝道内的電子就是NMOS導電的關鍵，隻要VD>VS，電子從S流向D，電流就會從D流向S。
但是當VD=VG-VTH時，紅色虛線圈出來的位置電位恰好使該處電子和空穴都不存在了。VD再大，這個沒有載流子的區域會繼續擴大。載流子都沒有了，電流ID不減小就很不錯了。事實也是這樣的，當VD>VG-VTH時，電流ID并不繼續變大，而是不變了。
現在，我們也大概能明白，VTH是個什麼樣的電壓了，它就是使溝道内既沒有電子也沒有空穴的電壓。
緻力于讓你了解電路設計，希望中國的IC早日國産化。
希望大家喜歡并關注這個專欄。