PMOS tranzistorius: veikimas, gamyba, skerspjūvis ir jo charakteristikos

MOS tranzistorius yra pagrindinis didelio masto integrinių grandynų dizaino elementas. Šie tranzistoriai paprastai skirstomi į du tipus PMOS ir NMOS. NMOS ir PMOS tranzistorių derinys žinomas kaip a CMOS tranzistorius . Skirtingas logikos vartai ir kiti skaitmeninės logikos įrenginiai, kurie yra įdiegti, turi turėti PMOS logiką. Ši technologija yra nebrangi ir turi gerą atsparumą trukdžiams. Šiame straipsnyje aptariamas vienas iš MOS tranzistorių tipų, pavyzdžiui, PMOS tranzistorius.

Kas yra PMOS tranzistorius?

PMOS tranzistorius arba P kanalo metalo oksido puslaidininkis yra tam tikras tranzistorius, kuriame kanalo arba vartų srityje naudojami p tipo priedai. Šis tranzistorius yra visiškai atvirkštinis NMOS tranzistorius. Šie tranzistoriai turi tris pagrindinius gnybtus; šaltinis, vartai ir kanalizacija, kur tranzistoriaus šaltinis yra suprojektuotas su p tipo substratu, o nutekėjimo gnybtas suprojektuotas su n tipo substratu. Šiame tranzistoryje krūvininkai, kaip skylės, yra atsakingi už srovės laidumą. PMOS tranzistorių simboliai parodyti žemiau.

Kaip veikia PMOS tranzistorius?

P tipo tranzistorius veikia visiškai priešingai nei n tipo tranzistorius. Šis tranzistorius sudarys atvirą grandinę, kai tik gaus nereikšmingą įtampą, o tai reiškia, kad iš vartų (G) gnybto į šaltinį (S) nėra elektros srovės. Panašiai šis tranzistorius sudaro uždarą grandinę, kai gauna maždaug 0 voltų įtampą, o tai reiškia, kad srovė teka iš vartų (G) gnybto į kanalizaciją (D).

Šis burbulas taip pat žinomas kaip inversinis burbulas. Taigi pagrindinė šio apskritimo funkcija yra invertuoti įėjimo įtampos vertę. Jei vartų gnybtas suteikia 1 įtampą, šis keitiklis pakeis ją į nulį ir atitinkamai veiks grandinėje. Taigi PMOS tranzistoriaus ir NMOS tranzistoriaus funkcija yra visiškai priešinga. Kai juos sujungsime į vieną MOS grandinę, ji taps CMOS (papildoma metalo oksido puslaidininkio) grandine.

PMOS tranzistoriaus skerspjūvis

PMOS tranzistoriaus skerspjūvis parodytas žemiau. PMOS tranzistorius yra pastatytas su n tipo korpusu, apimančiu dvi p tipo puslaidininkių sritis, esančias greta vartų. Šis tranzistorius turi valdymo užtvaras, kaip parodyta diagramoje, kuri valdo elektronų srautą tarp dviejų gnybtų, pvz., šaltinio ir nutekėjimo. pMOS tranzistoryje korpusas laikomas esant +ve įtampai. Kai vartų gnybtas yra teigiamas, šaltinio ir išleidimo gnybtai yra atvirkštiniai. Kai tai atsitiks, srovė netekės, todėl tranzistorius bus IŠJUNGTAS.

Kai įtampa prie vartų gnybto bus sumažinta, teigiami krūvininkai bus pritraukti į Si-SiO2 sąsajos apačią. Kai įtampa tampa pakankamai žema, kanalas bus apverstas ir sukuria laidų kelią nuo šaltinio gnybto iki kanalizacijos, leisdamas tekėti srovei.

Kai šie tranzistoriai susiduria su skaitmenine logika, paprastai yra dvi skirtingos reikšmės, pvz., 1 ir 0 (ON ir OFF). Teigiama tranzistoriaus įtampa yra žinoma kaip VDD, kuri reiškia aukštą (1) loginę vertę skaitmeninėse grandinėse. VDD įtampos lygiai TTL logika paprastai buvo apie 5 V. Šiuo metu tranzistoriai iš tikrųjų negali atlaikyti tokios aukštos įtampos, nes paprastai jos svyruoja nuo 1,5 V iki 3,3 V. Žema įtampa dažnai vadinama GND arba VSS. Taigi, VSS reiškia logiką „0“ ir ji taip pat paprastai nustatyta į 0 V.

PMOS tranzistoriaus grandinė

Žemiau parodyta NAND vartų konstrukcija, naudojant PMOS tranzistorių ir NMOS tranzistorių. Paprastai skaitmeninės elektronikos NAND vartai yra loginiai vartai, kurie taip pat vadinami NE-AND vartais. Šių vartų išėjimas yra žemas (0) tik tuo atveju, jei abu įėjimai yra aukšti (1), o jo išėjimas yra IR vartų papildymas. Jei kuri nors iš dviejų įėjimų yra LOW (0), tada gaunami aukšti išvesties rezultatai.

Toliau pateiktoje loginėje grandinėje, jei įvestis A yra 0, o B yra 0, tada pMOS įvestis duos „1“, o nMOS įvestis – „0“. Taigi, šie loginiai vartai generuoja loginį „1“, nes yra prijungti prie šaltinio uždara grandine ir atskirti nuo GND per atvirą grandinę.

Kai A yra „0“, o B yra „1“, tada pMOS įvestis generuos „1“, o NMOS įvestis – „0“. Taigi, šie vartai sukurs logišką, nes yra prijungti prie šaltinio per uždarą grandinę ir atskirti nuo GND atvira grandine. Kai A yra „1“, o B yra „0“, tada pMOS „B“ įvestis generuos didelę išvestį (1), o NMOS „B“ – mažą (0). Taigi, šie loginiai vartai generuos loginį 1, nes jie yra prijungti prie šaltinio per uždarą grandinę ir atskirti nuo GND atvira grandine.

Kai A yra „1“, o B yra „1“, tada „pMOS“ įvestis pateiks nulį, o „nMOS“ įvestis generuos „1“. Todėl taip pat turėtume patikrinti pMOS ir nMOS B įvestį. PMOS B įvestis generuos „0“, o nMOS B įvestis generuos „1“. Taigi, šie loginiai vartai generuos loginį „0“, nes jie yra atskirti nuo šaltinio atvira grandine ir yra prijungti prie GND per uždarą grandinę.

Tiesos lentelė

Aukščiau pateiktos loginės grandinės tiesos lentelė pateikta žemiau.

PMOS tranzistoriaus slenkstinė įtampa paprastai yra „Vgs“, kuri yra būtina norint sukurti kanalą, vadinamą kanalo inversija. PMOS tranzistoryje substratas ir šaltinio gnybtai tiesiog prijungiami prie „Vdd“. Jei pradėsime mažinti įtampą pagal šaltinio gnybtą vartų gnybte nuo Vdd iki taško, kur pastebėsite kanalo inversiją, šioje padėtyje, jei analizuosite Vgs ir šaltinio esant dideliam potencialui, gausite neigiamą reikšmę. Taigi, PMOS tranzistorius turi neigiamą V-ąją reikšmę.

PMOS gamybos procesas

Toliau aptariami PMOS tranzistorių gamybos žingsniai.

1 žingsnis:

Plonas silicio plokštelės sluoksnis pakeičiamas į N tipo medžiagą, paprasčiausiai sumaišant fosforo medžiagą.

2 žingsnis:

Storas silicio dioksido (Sio2) sluoksnis auginamas ant pilno p tipo substrato.

3 veiksmas:

Dabar paviršius padengtas fotorezistu virš storo silicio dioksido sluoksnio.

4 veiksmas:

Po to šis sluoksnis tiesiog veikiamas UV spindulių per kaukę, kuri kartu su tranzistorių kanalais apibrėžia sritis, į kurias turi vykti difuzija.

5 veiksmas:

Šios sritys yra išgraviruotos kartu su apatiniu silicio dioksidu, kad plokštelės paviršius būtų atviras kaukės apibrėžtame lange.

6 veiksmas:

Likęs fotorezistas yra atskirtas ir plonas Sio2 sluoksnis paprastai užauginamas 0,1 mikrometro per visą lusto paviršių. Po to ant jo uždedamas polisilicis, kad susidarytų vartų struktūra. Fotorezistas dedamas ant viso polisilicio sluoksnio ir per kaukę atskleidžia UV šviesą2.

7 veiksmas:

Difuzija pasiekiama kaitinant plokštelę iki maksimalios temperatūros ir praleidžiant dujas su norimomis p tipo priemaišomis, tokiomis kaip boras.

8 veiksmas:

Išauginamas 1 mikrometro storio silicio dioksidas ir ant jo nusodinama fotorezisto medžiaga. Apšvieskite ultravioletinę šviesą naudodami mask3 ant pageidaujamų vartų, šaltinio ir nutekėjimo vietų, kurios yra išgraviruotos, kad būtų įpjauti kontaktai.

9 veiksmas:

Dabar ant jo 1 mikrometro storio paviršiaus nusodinamas metalas arba aliuminis. Vėlgi, visame metale išauginama fotorezisto medžiaga ir UV šviesa veikiama per kaukę4, kuri yra išgraviruota, kad susidarytų reikiamas sujungimo dizainas. Galutinė PMOS struktūra parodyta žemiau.

PMOS tranzistorių charakteristikos

PMOS tranzistoriaus IV charakteristikos parodytos žemiau. Šios charakteristikos yra suskirstytos į dvi sritis, kad būtų galima nustatyti ryšį tarp nutekėjimo ir šaltinio srovės (I DS), taip pat jos gnybtų įtampų, pavyzdžiui, tiesinės ir prisotinimo sritys.

Įdėklo srityje IDS tiesiškai padidės, kai padidės VDS (nutekėjimas į šaltinio įtampą), o soties srityje I DS yra stabilus ir nepriklauso nuo VDS. Pagrindinis ryšys tarp ISD (iš šaltinio į nutekėjimo srovę) ir jo gnybtų įtampų nustatomas panašia NMOS tranzistoriaus procedūra. Šiuo atveju vienintelis pasikeitimas bus tas, kad inversijos sluoksnyje esantys krūvininkai yra tiesiog skylės. Kai skylės pereina iš šaltinio į kanalizaciją, srovės srautas taip pat yra toks pat.

Taigi dabartinėje lygtyje atsiranda neigiamas ženklas. Be to, visi prietaiso gnybtuose taikomi poslinkiai yra neigiami. Taigi, PMOS tranzistoriaus ID – VDS charakteristikos parodytos žemiau.
PMOS tranzistoriaus nutekėjimo srovės lygtis linijinėje srityje pateikiama taip:

ID = – mp Cox

Taip pat PMOS tranzistoriaus nutekėjimo srovės lygtis prisotinimo srityje pateikiama taip:

ID = – mp Cox (VSG – | V TH |p )^2

Kur „mp“ yra skylės mobilumas ir „|VTH|“. p' yra PMOS tranzistoriaus slenkstinė įtampa.

Aukščiau pateiktoje lygtyje neigiamas ženklas parodys, kad ID ( nutekėjimo srovė ) teka iš kanalizacijos (D) į šaltinį (S), o skylės teka priešinga kryptimi. Kai skylės mobilumas yra mažas, palyginti su elektronų mobilumu, PMOS tranzistoriai kenčia nuo mažos srovės pavaros galimybės.

Taigi, visa tai yra PMOS tranzistoriaus arba p tipo mos tranzistoriaus apžvalga - gamyba, grandinė ir jo veikimas. PMOS suprojektuoti tranzistoriai su p šaltiniu, n substratu ir nutekėjimu. PMOS krūvininkai yra skylės. Šis tranzistorius laidus, kai prie vartų gnybto įjungiama žema įtampa. PMOS pagrįsti įrenginiai yra mažiau linkę į trikdžius, palyginti su NMOS įrenginiais. Šie tranzistoriai gali būti naudojami kaip įtampos valdomi rezistoriai, aktyvios apkrovos, srovės veidrodžiai, trans-impedanso stiprintuvai, taip pat naudojami jungikliuose ir įtampos stiprintuvuose. Štai jums klausimas, kas yra NMOS tranzistorius?