半導體元件
場效電晶體(MOSFET)
MOSFET 是幾乎每一顆現代晶片的基本構件——一片指甲大小的矽上就有幾十億個。可以把它想成一根電流管道上的水龍頭:電流想從「源極」流向「汲極」,但只有你轉開龍頭它才流。龍頭的把手是第三個端子,叫「閘極」,妙處在於閘極和電流之間隔著一層極薄的絕緣層,所以它能控制電流,卻從不與電流相碰。
給這個絕緣閘極加上電壓,它的電場就把一薄層電荷拉到正下方的矽裡,在源極和汲極之間打開一條導電的「通道」;撤掉電壓,通道隨即消失。N 型(NMOS)元件靠正閘極電壓導通,由電子來載流;P 型(PMOS)則是它的鏡像,閘極電壓拉低時才導通,靠正電荷來載流。把一個 N 型和一個 P 型配成一對,就是一個 CMOS 反相器——這種邏輯閘如今已縮小到幾奈米,藏在你擁有的每一顆處理器和記憶體背後。
MOSFET 是「金屬-氧化物-半導體場效電晶體」的縮寫——這個名字定格在 1960 年代,那時閘極確實是覆蓋在二氧化矽上的金屬。如今的閘極通常是多晶矽或金屬,下面墊的是氧化鉿一類的高 k 介電質,所以這串縮寫有三分之二已經成了歷史。一個常見的誤解:閘極幾乎不流過穩定的電流(它是絕緣的),但開關它仍然要耗能,因為你得每秒幾十億次地給那個閘極電容充電、放電——晶片的動態功耗大半就花在這裡。
又稱
另見