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在深入探讨芯片雕刻这一精妙工艺之前，我们有必要先了解芯片的最小构成单元——MOSFET晶体管，它主要分为PMOS和NMOS两种类型。MOSFET晶体管是基于对硅（Si）材料进行不同掺杂而制成的。具体而言，当在硅材料中掺入硼（B）元素时，就形成了PMOS；而掺入磷（P）等元素时，则形成NMOS。从导电机制上看，PMOS和NMOS有着明显区别。PMOS是通过空穴（带正电）的流动来产生电流的。在PMOS中，空穴作为多数载流子，在电场作用下定向移动形成电流。而NMOS则是依靠电子（带负电）的移动来产生电流，电子在NMOS中作为多数载流子，其定向移动构成了电流。

不过，这两种不同类型材料的导电性存在差异。电子的流动相较于空穴的流动，具有更高的效率和更快的速度。正是由于这一特性，在实际芯片设计中，为了保证PMOS能够拥有与NMOS相同的开关速度，在设计PMOS时所采用的工艺会与NMOS略有不同。这种工艺上的差异是为了弥补空穴流动效率较低的不足，使得PMOS和NMOS在芯片中能够协同工作，实现高效稳定的电路功能。

MOSFET晶体管：PMOS 和 NMOS

对Si材料做不同的参杂就形成了PMOS（参杂硼B） 和 NMOS（参杂磷P等）。

PMOS：表征上是空穴（带正电）的流动来产生电流的； 

NMOS：表征上是电子（带负电）的移动来产生电流的；

单个MOSFET有3个电极，如上图，以下以NMOS为示例：

源级（Source）：自由电子的源头，也就是电子从这个级流入，从另外一个漏极流出；

漏极（Drain）：自由电子流出的地方。

栅极（Gate）：控制级，当栅极给电压时，晶体管处于导通的状态。不给电压时晶体管关闭；也就是控制单个MOS 0和1状态的电极；

NMOS工作原理电流方向与电极连接从微观层面看，电子（带负电）在NMOS中从源极流入漏极流出。但按照电流方向定义（正电荷移动方向），实际电流方向与之相反。所以，通常将NMOS源极接地，漏极接高电压，以此构建合适的电场环境，利于电子定向移动形成电流。导通与截止状态导通条件：当在栅极施加正向电压，且满足栅极电压Vg大于源极电压Vs（Vg > Vs）时，晶体管导通。此时，源极和漏极之间形成导电通道，电子能够在通道中自由移动，形成漏极电流。截止条件：当栅极不加电压时，栅极与衬底之间没有形成足够强的电场，无法在源极和漏极之间形成导电通道，晶体管处于截止状态，漏极电流几乎为零。

PMOS工作原理

电流方向与电极连接在PMOS中，空穴（带正电）从源极流入漏极流出。根据电流方向定义，为满足电路工作需求，一般将PMOS源极接高电压，漏极接地。这样能形成合适的电场分布，促使空穴定向移动形成电流。导通与截止状态导通条件：栅极不加电压时，PMOS处于导通状态。这是因为此时栅极与衬底之间的电场分布有利于在源极和漏极之间形成导电通道，空穴可以在通道中移动，形成漏极电流。当栅极电压Vg小于源极电压Vs（Vg < Vs）时，也能维持导通状态。截止条件：当栅极施加电压时，会改变栅极与衬底之间的电场分布，破坏原有的导电通道，导致晶体管截止，漏极电流几乎为零。

CPU逻辑运算基础

逻辑状态表示CPU主要进行逻辑运算，采用0和1来代表不同的状态。这种二进制表示方式简洁明了，便于计算机进行数据的存储、处理和传输。晶体管组合实现运算通过将多个晶体管组合起来构成各种门电路，如与门、非门、或门、与非门等，可以实现不同的逻辑运算功能。例如，与门电路只有当所有输入都为1时，输出才为1；非门电路则是对输入进行取反操作，输入为0时输出为1，输入为1时输出为0。这些门电路相互组合，能够构建出复杂的逻辑电路，完成CPU的各种运算任务。

非门-反相器： 输入0 输出1 ，输入1输出0。由1个PMOS 和1个NMOS两个MOS管组成；如上图：

当Vin处于高电压1时，上面的PMOS处于关闭状态，下方的NMOS处于导通状态，相当于Vout直接接地；也就是输入1时输出0 ；

当Vin处于低电平0时，上面的PMOS处于导通状态，下方的NMOS处于关闭状态，相当于Vout直接接Vdd，也就是输入为0输出为1； 

与非门： 输入两位，输出是1位；如上图：

T1 和T3 为PMOS ，T2和T4 为NMOS。

只有当A、B同时为1时，T1和T3同时截止，则输出Y=0，其他任何情况下，输出都是高电平1； 

OK，上面是CPU电路图里面，最简单的原子电路。 其ALU逻辑单元中的加法器、移位器等都是由这些门电路来构成的；CPU中的cache以及寄存器等等也都是这些门电路的构造；

一个简单的ALU电路示意图如下： 

CPU中的Cache内存（6T SRAM），单个bit表示的电路图如下：

在了解芯片雕刻工艺前，需先认识芯片最小单元——MOSFET晶体管，它分 PMOS 和 NMOS，由对硅材料不同掺杂形成，PMOS 掺硼，NMOS 掺磷等，导电机制上，PMOS 靠空穴流动，NMOS 靠电子移动，且电子流动效率更高，所以 PMOS 设计工艺与 NMOS 略有不同。单个 MOSFET 有源极、漏极、栅极三电极，以 NMOS 为例说明了其工作原理，包括电流方向、电极连接及导通截止条件，PMOS 类似但有差异。CPU 用 0 和 1 表示逻辑状态，通过多个晶体管组合成门电路实现运算，如非门、与非门。ALU 逻辑单元的加法器、移位器，CPU 中的 cache 及寄存器等均由这些门电路构成，还展示了简单 ALU 电路及 6T SRAM 单个 bit 表示电路图。