电路基础——NMOS物理结构
李狗蛋
天津大学 微电子学与固体电子学博士
我们清楚了NMOS的一个重要功能——放大，可是NMOS是怎么实现这个功能的呢？它的物理结构又是怎样的呢？现在我们来讨论一下NMOS的结构和原理。
我们先要有一个共识，就是纯净的半导体硅，它的导电功能实在是太半绝缘了一点——导电率太低。所以制作器件或者芯片的半导体都是掺杂硅，以掺硼——P型半导体，P代表positive；掺磷——N型半导体，N代表negative为主。集成电路中又以P型半导体较为常见。
IC的制作工艺和堆积木没有什么不同，都是一层一层摞起来的，只不过更为复杂和繁琐。我相信3D打印技术的发展，会对定制IC产生革命性的影响。也许你有一天就可以跟在淘宝打印相册一样，去定制打印一个属于自己的芯片。
看看我刚画好的NMOS结构图，看看这优雅的配色，迷人的线条，不规则的图形，多么完美！什么？你觉得很丑！红绿蓝都是什么玩意儿？！等到后面，你会理解我的良苦用心的！
衬底是P型的，也就是说在没有任何外界电压下，衬底里面充满了空穴。当D和S都不加电压，而VG>VTH时，不得了，沟道里面充满了电子啦！这些电子是怎么来的呢？记住一件事，衬底永远是接地的！电子就是从衬底里来的，从大地中来的。换个角度来理解，多晶硅poly和衬底之间夹着一个二氧化硅层，这就是一个电容啊，电容的上极板加正电压带正电，下极板出现电子也是理所当然。
沟道内的电子就是NMOS导电的关键，只要VD>VS，电子从S流向D，电流就会从D流向S。
但是当VD=VG-VTH时，红色虚线圈出来的位置电位恰好使该处电子和空穴都不存在了。VD再大，这个没有载流子的区域会继续扩大。载流子都没有了，电流ID不减小就很不错了。事实也是这样的，当VD>VG-VTH时，电流ID并不继续变大，而是不变了。
现在，我们也大概能明白，VTH是个什么样的电压了，它就是使沟道内既没有电子也没有空穴的电压。
致力于让你理解电路设计，希望中国的IC早日国产化。
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