文組也好懂的半導體 - (5)開關結構的主流MOS是甚麼

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前面提到半導體做成的開關MOS,這超級重要的元件現在終於可以好好說說了,這東西說簡單也不簡單,前面說過MOS可以做開關也就可以做運算,又可以做訊號放大,基本上台積電就是靠做這玩意成為護國神山的,就讓我們開始稍微的深入半導體的世界吧

NMOS與PMOS

已命名來說MOS跟半導體是一樣的,如果是靠電子來當電流的載體,就叫做NMOS(因為電子是負電Negative),如果是靠電洞來當電流的載體(電洞是正電Positive),則叫做PMOS

不過要怎麼做呢,我們是要能任意操控這玩意導電不導電耶,加雜質進去可不能隨時加進去跟抽出來吧

的確雜質不能隨時加,但我們可以用電壓操縱的方式等校的去加,所以才說發明人是天才~而這個結構就是MOS結構,如下

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順帶一提,如果今天參雜的非常多讓這個半導體很N,那我們就會寫做n+,反之很P就會寫p+

天才發明的等效方式就是做一個電容結構,我們看紅色框框的部分從上到下分別是一個金屬電極(metal,簡稱M,導體),氧化矽(oxide,簡稱O,絕緣體),P型半導體(semi-conductor,簡稱S,半導體),兩個會導電的東東中間夾一個絕緣體,就是一個電容,看出來了嗎?

這個電容如果在電極加一個正電,就會吸引很多負電出現在半導體的上端(絕緣體與半導體交界處),這些負電就是來自n+半導體的自由電子,如此一來,p型半導體的上端就會出現很多自由電子,不就可以導電了嗎!

就是用這個結構,我們加電就會讓半導體變成導體,而不加電,半導體又會回到那種愛導不導的接近絕緣體狀態,所以這就是一個用電來控制的開關了~

那剛剛說的電容結構是金屬電極(Metal)-氧化矽(Oxide)-半導體(Semiconductor),把簡稱寫在一起就是MOS啦,又我們是靠加電產生電場來讓他控制導不導電(控制效能),所以這東東的全明其實叫做MOS場效電晶體,英文全名是MOSFET(MOS-field efect transistor)

補充說明電晶體是啥米,他英文叫做transistor,可以看成trans - sistor也就是trans(轉) - resistor(電阻),顧名思義,我們控制一端(Gate端)去轉讓另一段的電阻(Source到Drain的電阻)

回過頭來複習一下,如果是電子來導電,就是決定電子流不流MOSFET,就是N-MOSFET(NMOS);如果是電洞來導電,就是決定電洞流不流MOSFET,就是P-MOSFET(PMOS)

想要吸引自由電子來導電(形成電子通道)必須是得加正電吸引,所以第2篇說NMOS是一個加正電就會打開的開關;吸引電洞來導電(形成電洞通道)必須是得加負電吸引,所以PMOS是一個加負電就會打開的開關。有沒有覺得一切故事都被串起來了呢?

當然這世界有很多天才發明很多結構,只是MOS是主流,所以其他開關的設計就不講囉~


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酒吧七 看見一切並快樂的活著
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認真雜學與思想,最近認真研究總經的創業人
2023/08/04
很不幸的,每一個學問都有一些比較煩人一點的部分,但寫到第六篇也不好意思避重就輕,今天就來看看一個P型黏一個N型半導體,會發生甚麼樣子的奇蹟。從這篇,我們也進入更物理的世界,一方面更討厭、一方面也開始更好玩! 在原本N型半導體自己一個人的時候有很多自由電子,但自己本身是電中性的(就是電子跟質子數量一
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2023/08/04
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2023/07/28
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