Tranzystor półprzewodnikowy z tlenku metalu lub tranzystor MOS to podstawowy element konstrukcyjny układów logicznych, procesorów i nowoczesnych pamięci cyfrowych. Jest to urządzenie z większościowym nośnikiem, w którym prąd w kanale przewodzącym między źródłem a drenem jest modulowany przez napięcie przyłożone do bramki. Ten tranzystor MOS odgrywa kluczową rolę w różnych analogowych i mieszanych układach scalonych. Tranzystor ten jest dość elastyczny, więc działa jako wzmacniacz, przełącznik lub rezystor . nie tranzystory dzielą się na dwa typy PMOS i NMOS. Tak więc w tym artykule omówiono przegląd Tranzystor NMOS – produkcja, obwód i praca.
Co to jest tranzystor NMOS?
Tranzystor NMOS (n-kanałowy półprzewodnik z tlenku metalu) jest jednym z typów tranzystorów, w których domieszki typu n są wykorzystywane w obszarze bramki. Dodatnie (+ve) napięcie na zacisku bramki włącza urządzenie. Tranzystor ten jest używany głównie w CMOS (komplementarne półprzewodniki z tlenku metalu), a także w układach logicznych i pamięciowych. W porównaniu do tranzystora PMOS, ten tranzystor jest bardzo szybki, więc na jednym chipie można umieścić więcej tranzystorów. Symbol tranzystora NMOS pokazano poniżej.
Jak działa tranzystor NMOS?
Działanie tranzystora NMOS jest; kiedy tranzystor NMOS otrzymuje nieistotne napięcie, tworzy obwód zamknięty, co oznacza, że połączenie od zacisku źródłowego do drenu działa jak drut. Tak więc prąd płynie od zacisku bramki do źródła. Podobnie, gdy ten tranzystor otrzymuje napięcie o wartości około 0 V, tworzy obwód otwarty, co oznacza, że połączenie między zaciskiem źródła a drenem zostanie przerwane, więc prąd płynie z zacisku bramki do drenu.
Przekrój poprzeczny tranzystora NMOS
Ogólnie rzecz biorąc, tranzystor NMOS jest po prostu zbudowany z korpusu typu p przez dwa obszary półprzewodnikowe typu n, które sąsiadują z bramką znaną jako źródło i dren. Ten tranzystor ma bramkę kontrolną, która kontroluje przepływ elektronów między zaciskami źródła i drenu.
W tym tranzystorze, ponieważ korpus tranzystora jest uziemiony, złącza PN źródła i drenu w kierunku korpusu są spolaryzowane zaporowo. Jeśli napięcie na zacisku bramki zostanie zwiększone, pole elektryczne zacznie się zwiększać i przyciąga wolne elektrony do podstawy interfejsu Si-SiO2.
Gdy napięcie jest wystarczająco wysokie, elektrony wypełniają wszystkie dziury, a cienki obszar poniżej bramki, znany jako kanał, zostanie odwrócony, aby działać jako półprzewodnik typu n. Spowoduje to utworzenie ścieżki przewodzącej od zacisku źródłowego do drenu, umożliwiając przepływ prądu, więc tranzystor zostanie włączony. Jeśli zacisk bramki jest uziemiony, wówczas żaden prąd nie płynie w złączu spolaryzowanym zaporowo, więc tranzystor zostanie wyłączony.
Obwód tranzystora NMOS
Projekt bramki NOT z wykorzystaniem tranzystorów PMOS i NMOS pokazano poniżej. Aby zaprojektować bramkę NOT, musimy połączyć tranzystory pMOS i nMOS, podłączając tranzystor pMOS do źródła i tranzystor nMOS do masy. Tak więc obwód będzie naszym pierwszym przykładem tranzystora CMOS.
Bramka NOT jest jednym z typów bramek logicznych, które jako wyjście generują odwrócone wejście. Ta bramka jest również nazywana falownikiem. Jeśli wejście ma wartość „0”, odwrócone wyjście będzie miało wartość „1”.
Gdy wejście jest zerowe, przechodzi do tranzystora pMOS na górze i na dół do tranzystora nMOS na dole. Gdy wartość wejściowa „0” dotrze do tranzystora pMOS, jest ona odwracana do „1”. w ten sposób połączenie w kierunku źródła zostaje zatrzymane. Spowoduje to wygenerowanie logicznej wartości „1”, jeśli połączenie w kierunku odpływu (GND) jest również zamknięte. Wiemy, że tranzystor nMOS nie odwróci wartości wejściowej, dlatego przyjmuje wartość zero taką jaka jest i spowoduje otwarcie obwodu do drenu. Tak więc dla bramki generowana jest logiczna jedynka.
Podobnie, jeśli wartość wejściowa wynosi „1”, to ta wartość jest wysyłana do obu tranzystorów w powyższym obwodzie. Gdy wartość „1” otrzyma tranzystor pMOS, zostanie ona odwrócona do „o”. w rezultacie połączenie ze źródłem jest otwarte. Gdy tranzystor nMOS otrzyma wartość „1”, nie zostanie odwrócony. więc wartość wejściowa pozostaje równa jeden. Gdy jedna wartość zostanie odebrana przez tranzystor nMOS, wówczas połączenie w kierunku GND jest zamykane. Wygeneruje więc logiczne „0” jako wyjście.
Proces wytwarzania
Proces wytwarzania tranzystora NMOS obejmuje wiele etapów. Ten sam proces można zastosować do tranzystorów PMOS i CMOS. Najczęściej stosowanym materiałem w tej produkcji jest polikrzem lub metal. Etapy procesu wytwarzania tranzystora NMOS krok po kroku omówiono poniżej.
Krok 1:
Cienka warstwa płytki krzemowej jest zmieniana w materiał typu P poprzez proste domieszkowanie materiałem borowym.
Krok 2:
Gruba warstwa Sio2 jest hodowana na kompletnym podłożu typu p
Krok 3:
Teraz powierzchnia jest pokryta przez fotorezyst na grubej warstwie Sio2.
Krok 4:
Następnie warstwa ta jest wystawiana na działanie światła UV z maską opisującą obszary, do których ma zachodzić dyfuzja wraz z kanałami tranzystorowymi.
Krok 5:
Obszary te są wytrawione wspólnie z leżącym pod spodem Sio2, tak że powierzchnia płytki jest odsłonięta w oknie określonym przez maskę.
Krok 6:
Resztkowa fotorezyst jest oddzielana i cienka warstwa Sio2 jest hodowana 0,1 mikrometra, zazwyczaj na całej powierzchni chipa. Następnie umieszcza się na nim polikrzem, aby utworzyć strukturę bramki. Fotorezyst jest umieszczony na całej warstwie polikrzemu i eksponuje światło ultrafioletowe w całej masce2.
Krok 7:
Ogrzewając płytkę do maksymalnej temperatury, osiąga się dyfuzję i przepuszcza gaz z pożądanymi zanieczyszczeniami typu n, takimi jak fosfor.
Krok 8:
Na całej powierzchni rośnie warstwa dwutlenku krzemu o grubości jednego mikrometra i nakłada się na nią materiał fotorezystu. Wyeksponuj światło ultrafioletowe (UV) przez maskę3 na preferowane obszary bramki, obszary źródła i drenu są wytrawione, aby wykonać nacięcia kontaktowe.
Krok 9:
Teraz na jego powierzchnię o szerokości jednego mikrometra nakłada się metal podobny do aluminium. Po raz kolejny materiał fotorezystu jest hodowany na całym metalu i wystawiany na działanie światła UV przez maskę4, która jest wytrawioną formą obowiązkowego projektu połączenia. Ostateczna struktura NMOS jest pokazana poniżej.
Tranzystor PMOS kontra NMOS
Różnica między tranzystorami PMOS i NMOS została omówiona poniżej.
| Tranzystor PMOS | Tranzystor NMOS |
| Tranzystor PMOS oznacza P-kanałowy tranzystor metal-tlenek-półprzewodnik. | Tranzystor NMOS oznacza N-kanałowy tranzystor metal-tlenek-półprzewodnik. |
| Źródło i dren w tranzystorach PMOS są po prostu wykonane z półprzewodników typu n | Źródło i dren w tranzystorze NMOS są po prostu wykonane z półprzewodników typu p. |
| Podłoże tego tranzystora jest wykonane z półprzewodnika typu n | Podłoże tego tranzystora jest wykonane z półprzewodnika typu p |
| Większość nośników ładunku w PMOS to dziury. | Większość nośników ładunku w NMOS to elektrony. |
| W porównaniu do NMOS, urządzenia PMOS nie są mniejsze. | Urządzenia NMOS są dość mniejsze w porównaniu do urządzeń PMOS. |
| Urządzenia PMOS nie mogą być przełączane szybciej niż urządzenia NMOS. | W porównaniu do urządzeń PMOS, urządzenia NMOS można przełączać szybciej. |
| Tranzystor PMOS przewodzi, gdy do bramki zostanie podane niskie napięcie. | Tranzystor NMOS przewodzi, gdy do bramki zostanie podane wysokie napięcie. |
| Są bardziej odporne na hałas. | W porównaniu z PMOS nie są one odporne na hałas. |
| Napięcie progowe (Vth) tego tranzystora jest wielkością ujemną. | Napięcie progowe (Vth) tego tranzystora jest wielkością dodatnią. |
Charakterystyka
The Charakterystyka I-V tranzystora NMOS są pokazane poniżej. Napięcie między bramką a zaciskami źródła „V GS ’, a także między źródłem a drenem „V DS '. Tak więc krzywe między I DS i V DS są osiągane przez proste uziemienie zacisku źródła, ustawienie początkowej wartości VGS i przemiatanie V DS od „0” do najwyższej wartości napięcia stałego podanej przez V DD podczas wchodzenia w V GS wartość od „0” do V DD . Tak więc dla ekstremalnie niskiego V GS , ja DS są bardzo małe i będą miały trend liniowy. Kiedy W GS wartość wzrasta, wtedy ja DS ulepsza & będzie miał poniższą zależność od V GS & W DS ;
jeśli V GS jest mniejszy lub równy V TH , to tranzystor jest w stanie WYŁĄCZONYM i zachowuje się jak obwód otwarty.
jeśli V GS jest większy niż V TH , to są dwa tryby pracy.
jeśli V DS jest mniejszy niż V GS - W TH , to tranzystor pracuje w trybie liniowym i pełni funkcję rezystancji (R NA ).
IDS = u efekt C wół W/L [(V GS - W TH )W DS – ½ V DS ^2]
Gdzie,
„µeff” to efektywna mobilność nośnika ładunku.
„COX” to pojemność tlenku bramki dla każdej jednostki powierzchni.
W i L to odpowiednio szerokość i długość kanału. R NA wartość jest po prostu kontrolowana przez napięcie bramki następującej po sobie;
R WŁĄCZONY = 1 w n C wół W/L [(V GS - W TH )W DS – ½ V DS ^2]
Jeśli VDS jest większe lub równe V GS - W TH , to tranzystor pracuje w trybie nasycenia
I DS = u n C wół W/L [(V GS - W TH )^2 (1+λ V DS ]
W tym regionie, kiedy I DS jest wyższy, to prąd zależy minimalnie od V DS wartość, jednak jej najwyższa wartość jest po prostu kontrolowana przez VGS. Modulacja długości kanału „λ” odpowiada za wzrost w IDS przez wzrost w VDS w tranzystorach, z powodu zwarcia. To uszczypnięcie występuje, gdy oba V DS i V GS zdecydować o układzie pola elektrycznego w pobliżu obszaru drenu, zmieniając w ten sposób naturalny kierunek nośników ładunku zasilającego. Ten efekt zmniejsza długość efektywnego kanału i zwiększa I DS . Idealnie „λ” jest równoważne „0”, tak że I DS jest całkowicie niezależny od V DS wartość w obszarze nasycenia.
A więc o to chodzi przegląd NMOS tranzystor – wykonanie i obwód z działaniem. Tranzystor NMOS odgrywa kluczową rolę we wdrażaniu bramek logicznych, a także innych różnych obwodów cyfrowych. Jest to obwód mikroelektroniczny używany głównie w projektowaniu obwodów logicznych, układów pamięci i konstrukcji CMOS. Najpopularniejszymi zastosowaniami tranzystorów NMOS są przełączniki i wzmacniacze napięciowe. Oto pytanie do ciebie, co to jest tranzystor PMOS?
