电子电路：深入了解CMOS技术构造和工作原理

一、CMOS的基本结构与工作原理

1. 核心结构：互补MOSFET

CMOS（互补金属氧化物半导体）的核心是成对的NMOS（N沟道MOSFET）和PMOS（P沟道MOSFET）晶体管，两者共享同一硅衬底但通过阱（Well） 隔离：

• NMOS：构建在P型衬底上，源/漏极为N⁺掺杂区。当栅极电压（V_GS）高于阈值时，形成电子导电沟道。
• PMOS：构建在N型衬底或N阱中，源/漏极为P⁺掺杂区。栅极电压低于阈值时，形成空穴导电沟道。
• 阱技术：N阱（PMOS所在）或双阱（独立隔离NMOS/PMOS）是主流工艺，避免闩锁效应（Latch-up）。

2. 工作原理：以反相器为例

反相器（Inverter）是CMOS最基础的逻辑单元：

• 输入低电平（0）：
  • NMOS截止，PMOS导通 → 输出连接V_DD（高电平1）。
• 输入高电平（1）：
  • PMOS截止，NMOS导通 → 输出接地GND（低电平0）。
• 关键特性：
  • 静态功耗≈0：任一时刻总有一个MOSFET完全关断，无直流通路。
  • 动态功耗：仅发生在电平切换时，用于对寄生电容充放电。

3. 逻辑门实现

通过组合NMOS/PMOS网络构建复杂逻辑：

• 与非门（NAND）：PMOS并联 + NMOS串联。