CMOS到底是怎么工作的 ?

在现代集成电路设计中，CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）是最基本的单元，我们在新闻中经常会遇到这样的描述“在这个1平方厘米的芯片上，集成了10亿个晶体管”，其中一个最基本的CMOS就是一个晶体管。我们这一期就了解一下关于CMOS的工作原理。由于CMOS是一个比较复杂的一部分，所以我只是从原理上来和大家聊，不涉及到任何物理公式，数学曲线等等，只是聊一下最最基本的东西，只定性，不定量。

我们在上一期中了解了，半导体分为N型半导体和P型半导体。N型半导体里面有可以随风飘走的自由电子，P型半导体里面有可以随风飘的空穴（还是那句话，只是相对的），我们在这里为了方便描述，只用N型半导体来说明。

举个例子：

水龙头都见过吧，长这样。

水流方向从左边流向右边，上面有一个开关，拧下去的时候水流停止，拧上去的时候水流打开。左边是水流的源头我们给它起个名字，叫做源端（就是源头的意思嘛），右边是水流出去的地方，也就是说水都从这个地方漏出去了，我们也给它起个名字叫做漏端。上面的开关控制着有没有水从源端流到漏端，像是一个栅栏一样，如果这个栅栏放下来，就阻断了水流的流向，如果放上去，正好相反，那我们也给它起个名字，叫做栅端（但是，这里如果读作zha四声，那就太难听了，查了一下新华字典，这个字还可以读作shan一声，这样就好听多了，所以我们一律读shan一声）。其实栅端不仅仅控制有没有水流，还要控制水流的大小。那怎么控制呢，细心的人会发现开关上有螺纹，可以控制这个栅栏下去的深度，从而达到控制水流大小的目的，这样就避免了我轻轻一碰开关，水流就直接流出来的尴尬。这就是水龙头的工作原理，我们可以将这个图片再简化一下。如下

水龙头的简化模型

当我们对栅端施加一个压力时，会控制水流大小从源端流向漏端。

但是这里要注意，这里有三个状态，没有水的状态，很小水量的状态（因为栅端压力太小，没有完全打开），水量充足状态（栅端压力已经把栅栏完全打开）。

CMOS原理：

其实聊到这里我们已经了解了CMOS的工作原理，怎么？还不明白?那好吧，我们再换个名字，比如这样。