PMOS tranzistor: rad, izrada, presjek i njegove karakteristike

MOS tranzistor je najosnovniji element u dizajnu integriranih krugova velikih razmjera. Ovi se tranzistori općenito klasificiraju u dvije vrste PMOS i NMOS. Kombinacija NMOS i PMOS tranzistora poznata je kao a CMOS tranzistor . Drugačiji logička vrata i drugi digitalni logički uređaji koji se provode moraju imati PMOS logiku. Ova tehnologija je jeftina i ima dobru otpornost na smetnje. Ovaj članak govori o jednoj od vrsta MOS tranzistora poput PMOS tranzistora.

Što je PMOS tranzistor?

PMOS tranzistor ili poluvodič metalnog oksida P-kanala je vrsta tranzistora gdje se dopanti p-tipa koriste u području kanala ili vrata. Ovaj tranzistor je točno suprotan NMOS tranzistoru. Ovi tranzistori imaju tri glavna terminala; sors, vrata i odvod gdje je sors tranzistora dizajniran sa supstratom p-tipa, a terminal odvoda je dizajniran sa supstratom n-tipa. U ovom tranzistoru, nosioci naboja poput rupa odgovorni su za provođenje struje. Simboli PMOS tranzistora prikazani su ispod.

Kako radi PMOS tranzistor?

Tranzistor p-tipa radi sasvim suprotno od tranzistora n-tipa. Ovaj tranzistor će formirati otvoreni krug kad god dobije nezanemariv napon što znači da nema protoka električne energije od priključka vrata (G) do izvora (S). Slično, ovaj tranzistor formira zatvoreni krug kada dobije napon od oko 0 volti, što znači da struja teče od priključka vrata (G) do odvoda (D).

Ovaj mjehurić je također poznat kao inverzijski mjehurić. Dakle, glavna funkcija ovog kruga je invertiranje vrijednosti ulaznog napona. Ako izlazna stezaljka daje napon 1, tada će ga ovaj pretvarač promijeniti u nulu i funkcionirati u skladu s tim. Dakle, funkcija PMOS tranzistora i NMOS tranzistora je sasvim suprotna. Jednom kada ih spojimo u jedan MOS krug, tada će to postati CMOS (komplementarni metal-oksidni poluvodič) krug.

Presjek PMOS tranzistora

Dolje je prikazan presjek PMOS tranzistora. pMOS tranzistor izgrađen je s tijelom n-tipa uključujući dva p-tipa poluvodička područja koja su uz vrata. Ovaj tranzistor ima upravljačka vrata kao što je prikazano na dijagramu koja kontrolira protok elektrona između dva terminala kao što su izvor i odvod. U pMOS tranzistoru tijelo se drži na +ve naponu. Jednom kada je terminal vrata pozitivan, tada su terminali izvora i odvoda obrnuto prednaponi. Kada se to dogodi, nema protoka struje, pa će tranzistor biti isključen.

Jednom kada se napon na terminalu vrata smanji, pozitivni nositelji naboja će biti privučeni na dno Si-SiO2 sučelja. Kad god napon postane dovoljno nizak tada će kanal biti invertiran i stvara provodni put od terminala izvora do odvoda dopuštajući protok struje.

Kad god ovi tranzistori rade s digitalnom logikom, obično imaju dvije različite vrijednosti samo kao 1 i 0 (ON i OFF). Pozitivni napon tranzistora poznat je kao VDD koji predstavlja logičku visoku (1) vrijednost unutar digitalnih sklopova. Razine napona VDD u TTL logika općenito su bili oko 5V. Trenutno tranzistori zapravo ne mogu izdržati tako visoke napone jer se obično kreću od 1,5 V – 3,3 V. Niski napon je često poznat kao GND ili VSS. Dakle, VSS označava logičku '0' i također je normalno postavljen na 0V.

PMOS tranzistorski krug

Dolje je prikazan dizajn NAND vrata koji koristi PMOS tranzistor i NMOS tranzistor. Općenito, NAND vrata u digitalnoj elektronici su logička vrata koja se također nazivaju NOT-AND vrata. Izlaz ovih vrata je nizak (0) samo ako su dva ulaza visoki (1) i njegov izlaz je komplement AND vratima. Ako je bilo koji od dva ulaza NIZAK (0), daje visoke izlazne rezultate.

U donjem logičkom krugu, ako je ulaz A 0 i B je 0, tada će A ulaz pMOS-a proizvesti '1', a ulaz nMOS-a će proizvesti '0'. Dakle, ova logička vrata generiraju logičku '1' jer su povezana s izvorom zatvorenim krugom i odvojena od GND-a otvorenim krugom.

Kada je A '0', a B' '1', tada će A ulaz pMOS-a generirati '1', a ulaz NMOS-a će generirati '0'. Stoga će ova vrata proizvesti logička jer su povezana s izvorom kroz zatvoreni krug i odvojena od GND-a otvorenim krugom. Kada je A '1', a B '0', tada će 'B' ulaz pMOS-a generirati visok izlaz (1), a 'B' ulaz NMOS-a će generirati nizak izlaz (0). Dakle, ova logička vrata će generirati logičku 1 jer su povezana s izvorom kroz zatvoreni krug i odvojena od GND-a otvorenim krugom.

Kada je A '1' i B je '1', tada će A unos' pMOS-a proizvesti nulu, a A unos nMOS-a će generirati '1'. Posljedično, trebali bismo provjeriti i B ulaz pMOS & nMOS. B ulaz pMOS-a će generirati '0', a B ulaz nMOS-a će generirati '1'. Dakle, ova logička vrata će generirati logičku '0' jer su odvojena od izvora otvorenim strujnim krugom i spojena na GND kroz zatvoreni krug.

Tablica istine

Tablica istinitosti gornjeg logičkog sklopa je dana u nastavku.

Napon praga PMOS tranzistora obično je 'Vgs' koji je neophodan za stvaranje kanala poznatog kao inverzija kanala. U PMOS tranzistoru supstrat i izvorni terminali su jednostavno spojeni na 'Vdd'. Ako počnemo smanjivati ​​napon referencom na terminal izvora na terminalu vrata od Vdd do točke gdje god primijetite inverziju kanala, na ovoj poziciji ako analizirate Vgs & izvor na visokom potencijalu, tada ćete dobiti negativnu vrijednost. Dakle, PMOS tranzistor ima negativnu Vth vrijednost.

Proces izrade PMOS-a

Koraci uključeni u izradu PMOS tranzistora razmatraju se u nastavku.

Korak 1:

Tanki sloj silicijske pločice se mijenja u materijal N-tipa jednostavnim dopiranjem fosfornog materijala.

Korak 2:

Debeli sloj silicijevog dioksida (Sio2) uzgaja se na potpunoj podlozi p-tipa.

3. korak:

Sada je površina presvučena fotorezistom preko debelog sloja silicijevog dioksida.

Korak 4:

Nakon toga, ovaj sloj se jednostavno izlaže UV svjetlu kroz masku koja definira one regije u koje se treba odvijati difuzija zajedno s kanalima tranzistora.

Korak 5:

Ta su područja međusobno urezana s temeljnim silicijevim dioksidom tako da je površina pločice izložena unutar prozora definiranog maskom.

Korak 6:

Preostali fotorezist se odvaja i tanki sloj Sio2 raste tipično od 0,1 mikrometra preko cijele površine čipa. Nakon toga, preko toga se postavlja polisilicij kako bi se formirala struktura vrata. Fotorezist se postavlja preko cijelog sloja polisilicija i izlaže UV svjetlost kroz masku2.

Korak 7:

Difuzije se postižu zagrijavanjem pločice do maksimalne temperature i propuštanjem plina sa željenim nečistoćama p-tipa poput bora.

Korak 8:

Uzgaja se silicijev dioksid debljine 1 mikrometar i na njega se taloži fotorezistentni materijal. Izložite ultraljubičasto svjetlo s maskom3 na željena područja vrata, izvora i odvoda koja su urezana kako bi se napravili kontaktni rezovi.

Korak 9:

Sada se metal ili aluminij taloži preko njegove površine debljine 1 mikrometar. Ponovo se fotorezistentni materijal uzgaja po cijelom metalu i izlaže UV svjetlu kroz masku4 koja je urezana kako bi se formirao potreban dizajn međusobnog povezivanja. Konačna PMOS struktura prikazana je u nastavku.

Karakteristike PMOS tranzistora

I-V karakteristike PMOS tranzistora prikazane su u nastavku. Ove su karakteristike podijeljene u dva područja kako bi se dobio odnos između struje odvoda i izvora (I DS) kao i njegovih terminalnih napona poput linearnih područja i područja zasićenja.

U području linije, IDS će se linearno povećavati kada se VDS (napon odvoda prema izvoru) poveća, dok je u području zasićenja, I DS stabilan i neovisan je o VDS-u. Glavni odnos između ISD (struja izvora i odvoda) i njegovih terminalnih napona izveden je sličnim postupkom za NMOS tranzistor. U ovom slučaju, jedina promjena bit će to što su nositelji naboja prisutni unutar inverzijskog sloja jednostavno rupe. Kada se rupe pomaknu od izvora do odvoda, protok struje je također isti.

Stoga se negativni predznak pojavljuje unutar trenutne jednadžbe. Osim toga, sve primijenjene prednapone na stezaljkama uređaja su negativne. Dakle, karakteristike PMOS tranzistora ID - VDS prikazane su u nastavku.
Jednadžba struje odvoda za PMOS tranzistor u linearnom području dana je kao:

ID = – mp Cox

Isto tako, jednadžba struje odvoda za PMOS tranzistor u području zasićenja dana je kao:

ID = – mp Cox (VSG – | V TH |p )^2

Gdje je 'mp' pokretljivost rupe & '|VTH| p’ je napon praga PMOS tranzistora.

U gornjoj jednadžbi negativni predznak označava da je ID( struja odvoda ) teče od odvoda (D) do izvora (S), dok rupe teku u suprotnom smjeru. Kada je pokretljivost šupljine niska u usporedbi s pokretljivošću elektrona, tada PMOS tranzistori pate od mogućnosti pokretanja niske struje.

Dakle, ovo je sve o pregledu PMOS tranzistora ili mos tranzistora p-tipa - izrada, sklop i njegov rad. PMOS projektirani su tranzistori s p-izvorom, n-supstratom i odvodom. Nositelji naboja PMOS-a su rupe. Ovaj tranzistor vodi kada se na terminalu vrata primijeni niski napon. Uređaji temeljeni na PMOS-u manje su skloni smetnjama u usporedbi s NMOS uređajima. Ovi se tranzistori mogu koristiti kao naponski kontrolirani otpornici, aktivna opterećenja, strujna zrcala, pojačala trans-impedancije, a također se koriste u sklopkama i naponskim pojačalima. Ovdje je pitanje za vas, što je NMOS tranzistor?