【逻辑门的奇妙冒险】第2篇 小学二年级的CMOS

本篇目标：

1.理解CMOS管的原理和特性。

在上一篇中，我们理解了P型掺杂和N型掺杂的微观特性，以及用它们俩搭出来一个好玩的电子元件，单向导通的二极管。在本篇中，我们将要搭建一个更加好玩的元件，叫做CMOS管。它的全称是互补式金属氧化物半导体（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，缩写作 CMOS）。为啥是互补呢？这个词的意思其实说MOS是有一对的，一个叫PMOS一个叫NMOS。诶嘿是不是很上一篇的套路有点像，没错，就是类似的构造。（搓手手.jpg）

我们先看这样的结构，P型掺杂和N型掺杂以奇怪的姿势嵌在一起，下图的两个N区，一个叫源极一个漏极，我们这里暂不辨析了。这里的P区一般就称作P型衬底。

这里构成了两个PN结，不管电源的正负极怎么接，总会有一个无法导通，整个电路都是不导通的。而且对换P区和N区也不管用，怎么着都有一对PN结不通。那这个电路结构有啥用呢？

我们这里先开一个分支，了解一下电容的结构和特性。在这份初等教程，我们可以把电容简单理解成两个导电板，对着放，就是下面的这个结构：

和电源负极连接的板子，就会带上负电荷；和正极连接的带上正电荷。这俩板子中间就会形成一个电场，其中的电子特别想从负极的板子跑到正极，可惜中间是绝缘的，过不去。这种电路结构会有奇奇怪怪的作用。这里我们就不展开讨论了。我们主要关注下面的这个结构：

把电容的两个板子贴在刚刚的结构上，刚刚提到，板子中的电子特别想往正极跑，就会在P型衬底的上方堆积起来，不仅填充了其中的空闲，还富余了一些，这样就会形成新的类似N区的结构，就是上图X点下边的3个绿点，我们称之为N沟道。这个电路结构就叫做NMOS。回忆一下我们上篇介绍过的，单纯的N型掺杂材料是可以导电的。现在这个电路结构已经造出了一个连通的N区，就可以导电了，也即AB两点导通。

手动划重点，第一个数字抽象来了：X点接正极，加上高电平，AB导通；X点低电平，AB不导通。我们可以用这样的电路符号来表示：

相应的，我们把上面那边电路结构的P区和N区对调一下，电容的电源也换一下方向，就变成了下面这样，这个结构就叫PMOS：

也是一句数字抽象：X点接负极，加上低电平，AB导通；X点高电平，AB不导通。电路符号如下：

写到这里，我们就可以小结一下，因为之后我们就不会再出现了绿点和灰点的示意图了，只会出现电路符号了。其实本篇要记住就是两个电路符号和两句话：

左图：X点高电平，AB导通；

右图：X点低电平，AB导通。

只要记住这俩符号和这两句话，本篇就算OK了，小学二年级的难度，很好理解对吧~（搓手手.jpg）