IC上的電晶體每隔兩年便會增加一倍... 所以 ...

先從其中最簡單的一種邏輯──NOT 講起。

也就是用nMOS 和pMOS 建構出NOT 邏輯閘。

從圖中可看出NOT Gate 的工作原理很 ... 跳至內容 IC原理>0與1的世界 IC原理>0與1的世界 本文是《一看就懂的IC》系列第八集。

接續一看就懂的 一看就懂的IC產業結構與競爭關係，《一看就懂的IC》系列將持續為大家介紹IC與硬體的核心基礎概念。

摩爾定律是由Intel創始人之一的GordonMoore所提出來的：「積體電路(IC)上可容納的電晶體數目，約每隔兩年便會增加一倍。

」而Intel執行長DavidHouse更曾言：「約每18個月，晶片的效能將提高一倍(即更多的電晶體使其更快)。

」 半導體行業大致按照摩爾定律發展了半個多世紀，對二十世紀後半葉的世界經濟增長做出了貢獻，並驅動了一系列科技創新、生產效率的提高和經濟增長。

個人電腦、網際網路、智慧型手機等技術改善和創新都離不開摩爾定律的延續。

由於現代電腦、手機與家電的CPU、GPU等許多零件，都是以電晶體(Transistor)為基本元件製成的積體電路(IntegratedCircuit)。

要瞭解電腦的大腦──CPU運作的基本原理，有關邏輯電路的基礎知識便十分重要。

先前我們在為什麼電腦是只有0與1的世界？世界上只有10種人，一種是懂二進位的 一文中介紹了AND、OR、NOT等邏輯閘，和要怎麼用邏輯閘建立出邏輯電路來實現運算。

然而我們卻還沒介紹「邏輯閘是怎麼建構出來的」和「電晶體的功用是什麼」這兩個重要的問題。

今天就讓我們來瞭解一下，如何利用電晶體來建立出邏輯閘吧！ 一天到晚聽到半導體、CMOS、電晶體等名詞，卻搞不懂它的意義或功能嗎？來個簡單的小測試： 如果你看得懂以上「CMOS」在維基百科的說明文字，包括NMOS、PMOS，還有左方反相器(Inverter)的示意圖，歡迎關閉離開這篇文章。

若不太理解…今天這篇文章的任務很簡單，保證閱讀完畢後一看就懂。

讓我們開始吧！   目前製作電晶體主流技術是採用一種稱為「金氧半場效電晶體」(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor）的技術，採用這個名稱的原因是因為其中包含一層氧化層，而閘極(Gate)上可能會採用金屬作為材質(但不一定要用金屬)。

因此又可稱MOSFET、MOS電晶體。

MOS電晶體主要又分成兩種類型，一種為nMOS電晶體、一種為pMOS電晶體。

圖為nMOS電晶體和pMOS電晶體的電路符號 MOS電晶體對外有三個連接：源極(Source)、汲極(Drain)與閘極(Gate)。

只看這個符號可能會覺得非常抽象，讓我們舉個簡單的例子： MOS電晶體的工作原理和水龍頭很類似，電路中的電流就好比水管中的水流，水流的來源就是「Source」、水流出的地方稱為「Drain」，控制水流的水龍頭就是「Gate」。

如果把Gate打開，電流就會從Source流到Drain，相當於導通電晶體。

nMOS電晶體導通的條件是在Gate端連接高電位；若Gate端連接低電位時，nMOS電晶體就不會導通。

另一方面，當pMOS的Gate端連接低電位時，電晶體會導通、連接高電位則不導通。

就好似有兩種類型的水龍頭，一種將把手向上拉才會出水、另一種將把手向下壓才會出水。

如果我們將 nMOS與pMOS 兩組功能互相對應的MOS電晶體組合在一起，就能做出一種非常省電的電路，稱為CMOS(互補式金屬氧化物半導體,ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor)。

而CMOS也是目前實現積體電路最普遍的作法。

CMOS雖然耗費了相當多的邏輯閘，但是省電又不容易發熱，因此廣泛被用在製作處理器、記憶體等數位邏輯電路上，因此CMOS在半導體產業上佔有非常重要的地位。

接下來，就讓我們來看看：如何用電晶體建構出邏輯閘？先從其中最簡單的一種邏輯──NOT講起。

也就是用nMOS和pMOS建構出NOT邏輯閘。

從圖中可看出NOTGate的工作原理很簡單，只要用兩個電晶體便能實現。

電路圖中的A同時連接到了兩個電晶體的Gate端，一個nMOS電晶體、一個pMOS電晶體。

當 A為0時，對於pMOS電晶體來說、它的 Gate端為0時是導通的，所以電源這一端的1就能傳導過來；同時，nMOS的Gate端連接0時是不導通的。

所以最後X這條電路就接到1。

這就是NOT邏輯閘使輸入電路A為0、輸出電路X為1的運作原理。

同理，電源是1、低電位是零，當A為1時，上面pMOS的Gate端是1，所以處於關閉狀態。

而下面nMOS的Gate端為1時，就處於導通狀態，此時X的輸出就是0。

接著，讓我們來看看AND邏輯閘的實現原理。

右邊的電路圖為NAND電路原理，其中包含四個電晶體。

NAND邏輯閘的真值表和AND相反，為AND再取NOT的結果。

我們需要的功能雖然是AND邏輯閘，在這邊為什麼卻不放AND電路圖，而是放一個NAND呢？ 這是因為實際上NAND邏輯閘的實現方式比AND邏輯閘更簡單，所以通常會用一個NAND加上一個NOT，就能很簡單地實現AND邏輯閘的功能。

A、B各連接了一個 pMOSGate、一個nMOSGate。

當B等於1時，B連接的pMOS Gate(左上方第一個電晶體)不會導通；同時，B連接的nMOSGate(右下方電晶體)由於Gate端為1時會導通，即把0傳遞過來。

同理，A連接的 pMOS Gate不會導通、nMOS繼續導通將0傳給電路X，最後輸出即為0。

也就實現了NAND電路：A=1,B=1→X=0的目標。

讀者可以自己試著畫畫看A、B的其他三種輸入，應該能出現NAND全部的輸出結果。

以下為示意圖： 另外，還有OR邏輯閘、XOR邏輯閘…。

事實上，所有的邏輯線路都可以用NAND來合成，NAND也被人稱作萬用邏輯閘。

用一個NAND邏輯閘，就能做出NOT、AND、OR等邏輯閘 最後的最後，帶大家重新看看CMOS的維基百科說明。

NMOS和PMOS已經為大家介紹過了；而左邊那張圖…你發現了嗎？事實上就是「NOT邏輯閘」，也就是「用NMOS和PMOS組出的NOT電路圖」。

NOT邏輯閘的另一個名字也叫Inverter。

不要被 靜態互補式金屬氧化物半導體反相器…這一長串咒語騙到啦！翻成英文就只是CMOSInverter(NOTlogicgate)，此圖只是取所有CMOS邏輯閘中、最簡單實現的一種來作CMOS的範例。

今天的解說就到這邊！希望這篇文章有幫助到正在瞭解半導體產業名詞的你🙂   文章導覽 ←上一篇文章下一篇文章→ 上一頁上一集 本系列完整集數 第一集：在懂量子電腦之前，你知道你現在正在用馮紐曼架構嗎第二集：為什麼電腦是只有0與1的世界？世界上只有10種人，一種是懂二進位的第三集：為什麼IC電路圖中有一堆三角形和橢圓形符號？─IC設計中的抽象化設計第四集：IC上的電晶體每隔兩年便會增加一倍…所以電晶體到底是做什麼用的？電晶體如何做出邏輯閘？ 專筆於科技史。

瞭解產業的運行規則，保有好奇、推理與觀察力的敏銳。

關於我們 創站目標 深度分析 熱門產業 半導體 通訊 雲端運算 美股SaaS 金融 遊戲 聯絡我們 Email Facebook Instagram 訂閱免費通知 Leavethisfieldemptyifyou'rehuman: Copyright©2021寫點科普Kopuchat 常見問題 服務條款 隱私政策 理念 產業研究樹選單收合 軟體資訊選單收合 雲端運算 美股SaaS 行動App 數位行銷 硬體製造選單收合 半導體 記憶體 通訊 電腦科學選單收合 電腦起源 IC原理 人工智慧 程式教學 其他產業選單收合 金融 遊戲 精品時尚 會員限定分析選單收合 訂閱寫點週報 往期寫點週報 我的帳號 會員登入會員登入 立即訂閱立即訂閱 搜尋了： 本網站使用Cookie及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗，通過我們的網站，您確認並同意本網站的隱私權政策更新。

了解最新隱私權政策。

我知道了Manageconsent Close PrivacyOverview Thiswebsiteusescookiestoimproveyourexperiencewhileyounavigatethroughthewebsite.Outofthese,thecookiesthatarecategorizedasnecessaryarestoredonyourbrowserastheyareessentialfortheworkingofbasicfunctionalitiesofthewebsite.Wealsousethird-partycookiesthathelpusanalyzeandunderstandhowyouusethiswebsite.Thesecookieswillbestoredinyourbrowseronlywithyourconsent.Youalsohavetheoptiontoopt-outofthesecookies.Butoptingoutofsomeofthesecookiesmayaffectyourbrowsingexperience. Necessary Necessary AlwaysEnabled Necessarycookiesareabsolutelyessentialforthewebsitetofunctionproperly.Thesecookiesensurebasicfunctionalitiesandsecurityfeaturesofthewebsite,anonymously. CookieDurationDescriptioncookielawinfo-checkbox-analytics11monthsThiscookieissetbyGDPRCookieConsentplugin.Thecookieisusedtostoretheuserconsentforthecookiesinthecategory"Analytics".cookielawinfo-checkbox-functional11monthsThecookieissetbyGDPRcookieconsenttorecordtheuserconsentforthecookiesinthecategory"Functional".cookielawinfo-checkbox-necessary11monthsThiscookieissetbyGDPRCookieConsentplugin.Thecookiesisusedtostoretheuserconsentforthecookiesinthecategory"Necessary".cookielawinfo-checkbox-others11monthsThiscookieissetbyGDPRCookieConsentplugin.Thecookieisusedtostoretheuserconsentforthecookiesinthecategory"Other.cookielawinfo-checkbox-performance11monthsThiscookieissetbyGDPRCookieConsentplugin.Thecookieisusedtostoretheuserconsentforthecookiesinthecategory"Performance".viewed_cookie_policy11monthsThecookieissetbytheGDPRCookieConsentpluginandisusedtostorewhetherornotuserhasconsentedtotheuseofcookies.Itdoesnotstoreanypersonaldata. Functional Functional Functionalcookieshelptoperformcertainfunctionalitieslikesharingthecontentofthewebsiteonsocialmediaplatforms,collectfeedbacks,andotherthird-partyfeatures. Performance Performance Performancecookiesareusedtounderstandandanalyzethekeyperformanceindexesofthewebsitewhichhelpsindeliveringabetteruserexperienceforthevisitors. Analytics Analytics Analyticalcookiesareusedtounderstandhowvisitorsinteractwiththewebsite.Thesecookieshelpprovideinformationonmetricsthenumberofvisitors,bouncerate,trafficsource,etc. Advertisement Advertisement Advertisementcookiesareusedtoprovidevisitorswithrelevantadsandmarketingcampaigns.Thesecookiestrackvisitorsacrosswebsitesandcollectinformationtoprovidecustomizedads. Others Others Otheruncategorizedcookiesarethosethatarebeinganalyzedandhavenotbeenclassifiedintoacategoryasyet. SAVE&ACCEPT