Poluvodički tranzistor metalnog oksida ili MOS tranzistor osnovni je građevni blok u logičkim čipovima, procesorima i modernim digitalnim memorijama. To je uređaj s većinskim nositeljem, gdje je struja unutar vodljivog kanala između izvora i odvoda modulirana naponom primijenjenim na vrata. Ovaj MOS tranzistor igra ključnu ulogu u raznim analognim i mješovitim signalima IC. Ovaj tranzistor je prilično prilagodljiv, pa funkcionira kao pojačalo, sklopka ili a otpornik . ne tranzistori klasificiraju se u dvije vrste PMOS i NMOS. Dakle, ovaj članak govori o pregledu NMOS tranzistor – izrada, sklop i rad.
Što je NMOS tranzistor?
NMOS (n-kanalni metal-oksidni poluvodič) tranzistor je jedna vrsta tranzistora gdje se n-tip dopanta koristi u području vrata. Pozitivan (+ve) napon na priključku vrata uključuje uređaj. Ovaj tranzistor se uglavnom koristi u CMOS (komplementarni metal-oksidni poluvodič) dizajn i također u logičkim i memorijskim čipovima. U usporedbi s PMOS tranzistorom, ovaj tranzistor je vrlo brži, tako da se više tranzistora može smjestiti na jedan čip. Simbol NMOS tranzistora prikazan je ispod.
Kako radi NMOS tranzistor?
Rad NMOS tranzistora je; kada NMOS tranzistor primi nezanemariv napon tada formira zatvoreni krug što znači da veza od terminala izvora do odvoda radi kao žica. Dakle, struja teče od terminala vrata do izvora. Slično, kada ovaj tranzistor primi napon od približno 0 V, tada formira otvoreni strujni krug što znači da će se prekinuti veza između terminala izvora i odvoda, tako da struja teče od terminala vrata do odvoda.
Presjek NMOS tranzistora
Općenito, NMOS tranzistor je jednostavno izgrađen s tijelom p-tipa od dva poluvodička područja n-tipa koja su susjedna vratima poznatim kao izvor i odvod. Ovaj tranzistor ima kontrolna vrata koja kontroliraju protok elektrona između terminala izvora i odvoda.
U ovom tranzistoru, budući da je tijelo tranzistora uzemljeno, PN spojevi sorsa i odvoda prema tijelu imaju obrnutu prednapon. Ako se napon na terminalu vrata poveća, električno polje će se početi povećavati i privlačiti slobodne elektrone u bazu Si-SiO2 sučelja.
Jednom kada je napon dovoljno visok, tada se elektroni navijaju ispunjavajući sve rupe i tanko područje ispod vrata poznato kao kanal će se invertirati da radi kao n-tip poluvodiča. Ovo će stvoriti vodljivu traku od terminala izvora do odvoda dopuštajući protok struje, tako da će tranzistor biti uključen. Ako je stezaljka vrata uzemljena, struja ne teče u reverzno prednaponskom spoju pa će tranzistor biti isključen.
NMOS tranzistorski krug
Dolje je prikazan NOT dizajn vrata koji koristi PMOS i NMOS tranzistore. Kako bismo dizajnirali NOT vrata, moramo kombinirati pMOS i nMOS tranzistore spajanjem pMOS tranzistora na izvor i nMOS tranzistora na masu. Dakle, krug će biti naš prvi primjer CMOS tranzistora.
NOT vrata su jedna vrsta logičkih vrata koja generiraju invertirani ulaz kao izlaz. Ova vrata se također nazivaju inverter. Ako je ulaz '0', invertirani izlaz bit će '1'.
Kada je ulaz nula, onda ide na pMOS tranzistor na vrhu i dolje na nMOS tranzistor na dnu. Jednom kada ulazna vrijednost '0' dosegne pMOS tranzistor, tada se invertira u '1'. dakle, veza prema izvoru je zaustavljena. Dakle, ovo će generirati vrijednost logičke '1' ako je veza prema odvodu (GND) također zatvorena. Znamo da nMOS tranzistor neće invertirati ulaznu vrijednost, stoga uzima nultu vrijednost onakvu kakva jest i napravit će otvoreni krug do odvoda. Dakle, vrijednost logičke jedinice se generira za vrata.
Slično, ako je ulazna vrijednost '1' tada se ta vrijednost šalje na oba tranzistora u gornjem krugu. Jednom kada vrijednost '1' primi pMOS tranzistor, tada će se invertirati u 'o'. kao rezultat, veza prema izvoru je otvorena. Jednom kada nMOS tranzistor primi vrijednost '1, tada se neće invertirati. tako da ulazna vrijednost ostaje kao jedna. Nakon što nMOS tranzistor primi jednu vrijednost, prekida se veza prema GND-u. Tako će generirati logičku '0' kao izlaz.
Proces izrade
Mnogo je koraka uključenih u proces izrade NMOS tranzistora. Isti postupak se može koristiti za PMOS i CMOS tranzistore. Materijal koji se najčešće koristi u ovoj izradi je polisilicij ili metal. U nastavku se raspravlja o koracima procesa izrade NMOS tranzistora korak po korak.
Korak 1:
Tanki sloj silicijske pločice se mijenja u materijal P-tipa jednostavnim dopiranjem borovim materijalom.
Korak 2:
Debeli sloj Sio2 uzgaja se na potpunoj podlozi p-tipa
3. korak:
Sada je površina presvučena fotorezistom na debeli sloj Sio2.
Korak 4:
Nakon toga, ovaj sloj se izlaže UV svjetlu s maskom koja opisuje one regije u koje treba doći do difuzije zajedno s kanalima tranzistora.
Korak 5:
Ova područja su međusobno urezana s Sio2 ispod, tako da je površina pločice izložena unutar prozora definiranog kroz masku.
Korak 6:
Preostali fotorezist se odvaja i tanki sloj Sio2 raste 0,1 mikrometra obično preko cijele površine čipa. Zatim, polisilicij se nalazi na ovome kako bi formirao strukturu vrata. Fotorezist se postavlja na cijeli sloj polisilicija i izlaže ultraljubičasto svjetlo kroz masku2.
Korak 7:
Zagrijavanjem pločice na maksimalnu temperaturu postižu se difuzije i propuštanje plina sa željenim nečistoćama n-tipa poput fosfora.
Korak 8:
Silicijev dioksid debljine jedan mikrometar naraste posvuda i na njega se stavi fotorezistentni materijal. Izložite ultraljubičastom svjetlu (UV) kroz masku3 na preferiranim područjima vrata, područja izvora i odvoda su urezana kako bi se napravili kontaktni rezovi.
Korak 9:
Sada je metal poput aluminija postavljen preko njegove površine širine jednog mikrometra. Još jednom se fotorezistentni materijal uzgaja po cijelom metalu i izlaže UV svjetlu kroz masku4 koja je ugravirani oblik obveznog dizajna međusobnog povezivanja. Konačna NMOS struktura prikazana je u nastavku.
PMOS vs NMOS tranzistor
Razlika između PMOS i NMOS tranzistora razmatra se u nastavku.
| PMOS tranzistor | NMOS tranzistor |
| PMOS tranzistor je kratica za P-kanalni tranzistor metal-oksid-poluvodič. | NMOS tranzistor je kratica za N-kanalni tranzistor metal-oksid-poluvodič. |
| Izvor i odvod u PMOS tranzistorima jednostavno su izrađeni od n-tipa poluvodiča | Izvor i odvod u NMOS tranzistoru jednostavno su napravljeni od p-tipa poluvodiča. |
| Supstrat ovog tranzistora napravljen je od n-tipa poluvodiča | Podloga ovog tranzistora izrađena je od p-tipa poluvodiča |
| Većina nositelja naboja u PMOS-u su rupe. | Većina nositelja naboja u NMOS-u su elektroni. |
| U usporedbi s NMOS-om, PMOS uređaji nisu manji. | NMOS uređaji su prilično manji u usporedbi s PMOS uređajima. |
| PMOS uređaji ne mogu se prebacivati brže u usporedbi s NMOS uređajima. | U usporedbi s PMOS uređajima, NMOS uređaji se mogu brže prebacivati. |
| PMOS tranzistor će provoditi čim se nizak napon dovede do vrata. | NMOS tranzistor će provoditi čim se na vrata dovede visoki napon. |
| Oni su otporniji na buku. | U usporedbi s PMOS-om, oni nisu imuni na buku. |
| Napon praga (Vth) ovog tranzistora je negativna veličina. | Napon praga (Vth) ovog tranzistora je pozitivna veličina. |
Karakteristike
The I-V karakteristike NMOS tranzistora prikazani su u nastavku. Napon između izlaza i terminala izvora 'V GS ' & također između izvora i odvoda 'V DS ’. Dakle, krivulje između I DS i V DS postižu se jednostavnim uzemljenjem terminala izvora, postavljanjem početne VGS vrijednosti i prelamanjem V DS od '0' do najveće vrijednosti istosmjernog napona koju daje V dd kada koračate V GS vrijednost od '0' do V dd . Dakle, za ekstremno nizak V GS , ja DS su izuzetno mali i imat će linearni trend. Kada je V GS vrijednost postaje visoka, tada ja DS poboljšava i imat će donju ovisnost o V GS & IN DS ;
Ako V GS manji je ili jednak V TH , tada je tranzistor u stanju ISKLJUČENO i radi kao otvoreni krug.
Ako V GS je veći od V TH , tada postoje dva načina rada.
Ako V DS manji je od V GS - IN TH , tada tranzistor radi u linearnom modu, te se ponaša kao otpor (R NA ).
IDS = u ef C vol Š/D [(V GS - IN TH )U DS – ½ V DS ^2]
Gdje,
‘µeff’ je efektivna pokretljivost nositelja naboja.
'COX' je kapacitivnost oksida vrata za svaku jedinicu površine.
W & L su širina i duljina kanala na odgovarajući način. R NA vrijednost se jednostavno kontrolira naponom gejta kako slijedi;
R UKLJUČENO = 1/u n C vol Š/D [(V GS - IN TH )U DS – ½ V DS ^2]
Ako je VDS veći ili jednak V GS - IN TH , tada tranzistor radi unutar režima zasićenja
ja DS = u n C vol Š/D [(V GS - IN TH )^2 (1+λ V DS ]
U ovoj regiji, kada sam DS veća, tada struja minimalno ovisi o V DS vrijednost, međutim, njegova najveća vrijednost jednostavno se kontrolira putem VGS-a. Modulacija duljine kanala 'λ' objašnjava porast unutar IDS-a povećanjem unutar VDS-a u tranzistorima, zbog pinch-off-a. Ovo odvajanje se događa nakon što oba V DS i V GS odlučiti o uzorku električnog polja blizu područja odvoda, mijenjajući tako smjer prirodnih nositelja naboja. Ovaj učinak smanjuje duljinu učinkovitog kanala i povećava I DS . Idealno, 'λ' je ekvivalentno '0' tako da I DS potpuno je neovisno o V DS vrijednost unutar područja zasićenja.
Dakle, ovo je sve o tome pregled NMOS-a tranzistor – izrada i sklop s radnim. NMOS tranzistor igra ključnu ulogu u implementaciji logičkih vrata kao i drugih različitih digitalnih sklopova. Ovo je mikroelektronički sklop koji se uglavnom koristi u dizajnu logičkih sklopova, memorijskih čipova i u dizajnu CMOS-a. Najpopularnije primjene NMOS tranzistora su sklopke i naponska pojačala. Ovdje je pitanje za vas, što je PMOS tranzistor?
