从原子到数字电路元器件

从原子出发

原子由中子、质子、电子构成，质子带正电、电子带负电。不同原子因最外层电子数量不同而容易失去或者得到电子，呈现出正电性或者负电性。

半导体

硅的最外层有4个电子，处于导体和绝缘体之间，被称为半导体。一堆硅原子在一起会通过共用电子形成共价键得到稳定结构。

给半导体加点料

在纯净的硅中掺杂最外层带5个电子的磷元素和带3个电子的硼元素，由于原子最外层无法形成稳定的8电子结构，其导电性上升。

PN结

将上述两种半导体拼接，P型半导体倾向于得到电子，显负电性，N型半导体倾向于失去电子，显正电性。此时将会在中间形成一个电场，阻止电子继续移动。

二极管

当我们施加外部电场客服耗尽层中形成的电场时，电路会被导通，反之如果加强电场，则电路无法导通。可以分析N型半导体端应该接负极，P型半导体端接正极，方能克服电场，让电路导通。

MOS

继续利用半导体设计现代计算机需要的元器件。如图所示，一块大的半导体整体为P型，左右两边各有一小块N型，此时无论如何连接电路，都会存在方向相反的两个等效二极管存在，因此无法导通。但我们在中间位置加一个类似电容的结构，通电后形成电场，让电子集中到上方。此时其等效为一个N型半导体，也就是说中间一整块都成了N型半导体，此时电路导通。

PMOS&NMOS

NMOS的工作模式是栅极接入正向偏压才导通，而PMOS是栅极接入负向偏压才导通

符号化

用MOS管构造第一个元器件

将NMOS和PMOS如图所示连接，其中VDD表示相对高压、VSS表示相对低压，此时A端接高压NMOS导通，NMOS接VSS输出低电压；A端接低压PMOS导通，PMOS接VDD输出高电压。此时高电压用1表示、低电压用0表示，我们就得到了基本元器件，非门。

进入数字电路时代

参考来源：B站硬件茶谈