Metalo oksido puslaidininkinis tranzistorius arba MOS tranzistorius yra pagrindinis loginių lustų, procesorių ir šiuolaikinių skaitmeninių atmintinių elementas. Tai daugumos nešiklio įrenginys, kuriame srovė laidžiame kanale, esančiame tarp šaltinio ir nutekėjimo, yra moduliuojama įtampa, tiekiama vartams. Šis MOS tranzistorius atlieka pagrindinį vaidmenį įvairiose analoginėse ir mišraus signalo IC. Šis tranzistorius yra gana pritaikomas, todėl veikia kaip stiprintuvas, jungiklis ar a rezistorius . ne tranzistoriai skirstomi į du tipus PMOS ir NMOS. Taigi, šiame straipsnyje aptariama apžvalga NMOS tranzistorius - gamyba, grandinė ir darbas.
Kas yra NMOS tranzistorius?
NMOS (n kanalo metalo oksido puslaidininkinis) tranzistorius yra vienos rūšies tranzistorius, kurio vartų srityje naudojami n tipo priedai. Teigiama (+ve) įtampa ant vartų gnybto įjungia įrenginį. Šis tranzistorius daugiausia naudojamas CMOS (papildomas metalo oksido puslaidininkis) dizainas, taip pat logikos ir atminties lustai. Palyginti su PMOS tranzistoriumi, šis tranzistorius yra labai greitesnis, todėl viename luste galima įdėti daugiau tranzistorių. NMOS tranzistoriaus simbolis parodytas žemiau.
Kaip veikia NMOS tranzistorius?
NMOS tranzistoriaus darbas yra; Kai NMOS tranzistorius gauna nereikšmingą įtampą, jis sudaro uždarą grandinę, o tai reiškia, kad jungtis nuo šaltinio gnybto iki kanalizacijos veikia kaip laidas. Taigi srovė teka iš vartų terminalo į šaltinį. Panašiai, kai šis tranzistorius gauna maždaug 0 V įtampą, jis sudaro atvirą grandinę, o tai reiškia, kad jungtis nuo šaltinio gnybto iki kanalizacijos bus nutraukta, todėl srovė teka iš užtvaro gnybto į kanalizaciją.
NMOS tranzistoriaus skerspjūvis
Paprastai NMOS tranzistorius yra tiesiog pagamintas su p tipo korpusu iš dviejų n tipo puslaidininkių sričių, kurios yra greta vartų, žinomų kaip šaltinis ir nutekėjimas. Šis tranzistorius turi valdymo užtvaras, kurios kontroliuoja elektronų srautą tarp šaltinio ir išleidimo gnybtų.
Šiame tranzistorius, kadangi tranzistoriaus korpusas yra įžemintas, šaltinio ir nutekėjimo PN jungtys korpuso link yra nukreiptos atvirkščiai. Padidinus įtampą vartų gnybte, pradės didėti elektrinis laukas ir pritraukti laisvuosius elektronus į Si-SiO2 sąsajos pagrindą.
Kai įtampa yra pakankamai aukšta, elektronai užpildo visas skyles, o plona sritis, esanti žemiau užtvaros, vadinama kanalu, bus apversta, kad veiktų kaip n tipo puslaidininkis. Tai sukurs laidžią juostą nuo šaltinio gnybto iki kanalizacijos, leisdama tekėti srovei, todėl tranzistorius bus ĮJUNGTAS. Jei vartų gnybtas yra įžemintas, srovė neteka atvirkštinio poslinkio sandūroje, todėl tranzistorius bus IŠJUNGTAS.
NMOS tranzistoriaus grandinė
Žemiau parodyta NOT vartų konstrukcija naudojant PMOS ir NMOS tranzistorius. Norėdami sukurti NOT vartus, turime sujungti pMOS ir nMOS tranzistorius, prijungdami pMOS tranzistorių prie šaltinio ir nMOS tranzistorių prie žemės. Taigi grandinė bus pirmasis mūsų CMOS tranzistoriaus pavyzdys.
NOT vartai yra vieno tipo loginiai vartai, generuojantys apverstą įvestį kaip išvestį. Šie vartai taip pat vadinami inverteriais. Jei įvestis yra „0“, apversta išvestis bus „1“.
Kai įvestis lygi nuliui, ji eina į pMOS tranzistorių viršuje ir žemyn į nMOS tranzistorių apačioje. Kai įvesties reikšmė „0“ pasiekia pMOS tranzistorių, ji apverčiama į „1“. taigi ryšys su šaltiniu nutrūksta. Taigi tai sukurs loginę „1“ reikšmę, jei taip pat bus uždaryta jungtis link kanalizacijos (GND). Žinome, kad nMOS tranzistorius neinvertuos įvesties vertės, todėl nulinė reikšmė bus tokia, kokia ji yra, ir sudarys atvirą grandinę į kanalizaciją. Taigi vartams sukuriama loginė vieneto reikšmė.
Panašiai, jei įvesties vertė yra „1“, ši vertė siunčiama abiem aukščiau nurodytos grandinės tranzistoriams. Kai „1“ reikšmė gaus pMOS tranzistorių, ji bus apversta į „o“. dėl to ryšys su šaltiniu yra atviras. Kai nMOS tranzistorius gaus 1 reikšmę, jis nebus apverstas. taigi, įvesties reikšmė lieka viena. Kai nMOS tranzistorius gauna vieną reikšmę, ryšys su GND uždaromas. Taigi jis generuos loginį „0“ kaip išvestį.
Gamybos procesas
NMOS tranzistorių gamybos procese yra daug etapų. Tas pats procesas gali būti naudojamas PMOS ir CMOS tranzistoriams. Dažniausiai šioje gamyboje naudojama medžiaga yra polisilicis arba metalas. Žemiau aptariami žingsnis po žingsnio NMOS tranzistoriaus gamybos proceso etapai.
1 žingsnis:
Plonas silicio plokštelės sluoksnis pakeičiamas į P tipo medžiagą, paprasčiausiai legiruojant boro medžiaga.
2 žingsnis:
Storas Sio2 sluoksnis auginamas ant pilno p tipo substrato
3 veiksmas:
Dabar paviršius padengiamas fotorezistu ant storo Sio2 sluoksnio.
4 veiksmas:
Vėliau šis sluoksnis yra veikiamas UV spindulių su kauke, kuri apibūdina sritis, į kurias difuzija turi vykti kartu su tranzistorių kanalais.
5 veiksmas:
Šios sritys yra išgraviruotos kartu su apatine Sio2, kad plokštelės paviršius būtų atskleistas per kaukę apibrėžtame lange.
6 veiksmas:
Likęs fotorezistas yra atskiriamas ir plonas Sio2 sluoksnis užauginamas 0,1 mikrometro, paprastai per visą lusto paviršių. Toliau ant jo yra polisilicis, kad būtų suformuota vartų konstrukcija. Fotorezistas uždedamas ant viso polisilicio sluoksnio ir apšviečia ultravioletinę šviesą visoje kaukėje2.
7 veiksmas:
Kaitinant plokštelę iki maksimalios temperatūros, pasiekiama difuzija ir praleidžiamos dujos su norimomis n tipo priemaišomis, tokiomis kaip fosforas.
8 veiksmas:
Visur užauginamas vieno mikrometro storio silicio dioksidas ir ant jo dedama fotorezisto medžiaga. Apšvieskite ultravioletinę šviesą (UV) per kaukę3 pageidaujamose vartų srityse, šaltinio ir nutekėjimo sritys yra išgraviruotos, kad kontaktas būtų įpjautas.
9 veiksmas:
Dabar ant jo vieno mikrometro pločio paviršiaus uždedamas toks metalas kaip aliuminis. Dar kartą fotorezisto medžiaga auginama visame metale ir veikiama UV šviesoje per kaukę4, kuri yra išgraviruota pagal privalomą sujungimo dizainą. Galutinė NMOS struktūra parodyta žemiau.
PMOS vs NMOS tranzistorius
Skirtumas tarp PMOS ir NMOS tranzistorių aptariamas toliau.
| PMOS tranzistorius | NMOS tranzistorius |
| PMOS tranzistorius reiškia P kanalo metalo oksido-puslaidininkio tranzistorių. | NMOS tranzistorius reiškia N kanalo metalo oksido-puslaidininkio tranzistorių. |
| PMOS tranzistorių šaltinis ir nutekėjimas yra tiesiog pagaminti iš n tipo puslaidininkių | NMOS tranzistoriaus šaltinis ir nutekėjimas yra tiesiog pagaminti iš p tipo puslaidininkių. |
| Šio tranzistoriaus substratas pagamintas su n tipo puslaidininkiu | Šio tranzistoriaus substratas pagamintas iš p tipo puslaidininkio |
| Dauguma PMOS krūvininkų yra skylės. | Dauguma NMOS krūvininkų yra elektronai. |
| Palyginti su NMOS, PMOS įrenginiai nėra mažesni. | NMOS įrenginiai yra gana mažesni, palyginti su PMOS įrenginiais. |
| PMOS įrenginių negalima perjungti greičiau, palyginti su NMOS įrenginiais. | Palyginti su PMOS įrenginiais, NMOS įrenginius galima perjungti greičiau. |
| PMOS tranzistorius veiks, kai į vartus bus tiekiama žema įtampa. | NMOS tranzistorius veiks, kai į vartus bus tiekiama aukšta įtampa. |
| Šie yra labiau atsparūs triukšmui. | Palyginti su PMOS, jie nėra apsaugoti nuo triukšmo. |
| Šio tranzistoriaus slenkstinė įtampa (V-oji) yra neigiamas dydis. | Šio tranzistoriaus slenkstinė įtampa (V-oji) yra teigiamas dydis. |
Charakteristikos
The NMOS tranzistoriaus IV charakteristikos parodytos žemiau. Įtampa tarp vartų ir šaltinio gnybtų „V GS “ ir taip pat tarp šaltinio ir kanalizacijos „V DS “. Taigi, kreivės tarp I DS ir V DS pasiekiami tiesiog įžeminant šaltinio gnybtą, nustatant pradinę VGS vertę ir nušluojant V DS nuo „0“ iki didžiausios nuolatinės srovės įtampos vertės, nurodytos V DD žengdamas V GS vertė nuo 0 iki V DD . Taigi už itin žemą V GS , I DS yra labai maži ir turės linijinę tendenciją. Kai V GS vertė tampa aukšta, tada aš DS sustiprina ir turės toliau nurodytą priklausomybę nuo V GS & IN DS ;
Jeigu V GS yra mažesnis arba lygus V TH , tada tranzistorius yra IŠJUNGTAS ir veikia kaip atvira grandinė.
Jeigu V GS yra didesnis nei V TH , tada yra du darbo režimai.
Jeigu V DS yra mažesnis nei V GS - Į TH , tada tranzistorius veikia tiesiniu režimu ir veikia kaip varža (R ĮJUNGTA ).
IDS = u eff C Jautis W/L [(V GS - Į TH )IN DS – ½ V DS ^2]
kur,
„µeff“ yra efektyvus krūvininko mobilumas.
„COX“ yra kiekvieno ploto vieneto vartų oksido talpa.
W ir L yra atitinkamai kanalo plotis ir ilgis. R ĮJUNGTA vertė yra tiesiog valdoma vartų įtampa taip;
R ĮJUNGTA = 1/in n C Jautis W/L [(V GS - Į TH )IN DS – ½ V DS ^2]
Jei VDS yra didesnis arba lygus V GS - Į TH , tada tranzistorius veikia soties režimu
aš DS = u n C Jautis W/L [(V GS - Į TH )^2 (1+λ V DS ]
Šiame regione, kai I DS yra didesnė, tada srovė minimaliai priklauso nuo V DS vertė, tačiau didžiausia jos vertė tiesiog valdoma per VGS. Kanalo ilgio moduliacija „λ“ lemia IDS padidėjimą dėl tranzistorių VDS padidėjimo dėl susitraukimo. Šis prispaudimas įvyksta, kai abu V DS ir V GS nuspręsti dėl elektrinio lauko modelio arti nutekėjimo srities, taip pakeisdamas natūralų tiekimo krūvininkų kryptį. Šis efektas sumažina efektyvaus kanalo ilgį ir padidina I DS . Idealiu atveju „λ“ yra lygiavertis „0“, kad I DS yra visiškai nepriklausomas nuo V DS vertė prisotinimo srityje.
Taigi, visa tai yra apie NMOS apžvalga tranzistorius – gamyba ir grandinė su darbu. NMOS tranzistorius vaidina pagrindinį vaidmenį įgyvendinant loginius vartus ir kitas skirtingas skaitmenines grandines. Tai mikroelektroninė grandinė, daugiausia naudojama kuriant logines grandines, atminties lustus ir CMOS dizainą. Populiariausios NMOS tranzistorių programos yra jungikliai ir įtampos stiprintuvai. Štai jums klausimas, kas yra PMOS tranzistorius?
