Metāla oksīda pusvadītāju tranzistors jeb MOS tranzistors ir loģikas mikroshēmu, procesoru un mūsdienu digitālo atmiņu pamatelements. Tā ir vairākuma nesēja ierīce, kurā strāva vadošā kanālā starp avotu un aizplūšanu tiek modulēta ar vārtiem pievadīto spriegumu. Šim MOS tranzistoram ir galvenā loma dažādos analogo un jaukto signālu IC. Šis tranzistors ir diezgan pielāgojams, tāpēc darbojas kā pastiprinātājs, slēdzis vai a rezistors . nē tranzistori tiek klasificēti divos veidos PMOS un NMOS. Tātad, šajā rakstā ir apskatīts pārskats par NMOS tranzistors - izgatavošana, ķēde un apstrāde.
Kas ir NMOS tranzistors?
NMOS (n-kanālu metāla oksīda pusvadītāju) tranzistors ir viens no tranzistoru veidiem, kur vārtu reģionā tiek izmantotas n-veida piedevas. Pozitīvs (+ve) spriegums uz vārtu spailes ieslēdz ierīci. Šo tranzistoru galvenokārt izmanto CMOS (komplementārs metāla oksīda pusvadītājs) dizains un arī loģikas un atmiņas mikroshēmas. Salīdzinot ar PMOS tranzistoru, šis tranzistors ir ļoti ātrāks, tāpēc vienā mikroshēmā var ievietot vairāk tranzistoru. NMOS tranzistora simbols ir parādīts zemāk.
Kā darbojas NMOS tranzistors?
NMOS tranzistora darbība ir; kad NMOS tranzistors saņem nenozīmīgu spriegumu, tad tas veido slēgtu ķēdi, kas nozīmē, ka savienojums no avota spailes uz noteku darbojas kā vads. Tātad strāva plūst no vārtu termināļa uz avotu. Līdzīgi, kad šis tranzistors saņem aptuveni 0 V spriegumu, tas veido atvērtu ķēdi, kas nozīmē, ka savienojums no avota spailes uz kanalizāciju tiks pārtraukts, tāpēc strāva plūst no aizbīdņa spailes uz kanalizāciju.
NMOS tranzistora šķērsgriezums
Parasti NMOS tranzistoru vienkārši veido ar p veida korpusu, izmantojot divus n-veida pusvadītāju apgabalus, kas atrodas blakus vārtiem, kas pazīstami kā avots un kanalizācija. Šim tranzistoram ir vadības vārti, kas kontrolē elektronu plūsmu starp avota un iztukšošanas spailēm.
Šajā tranzistorā, tā kā tranzistora korpuss ir iezemēts, avota un aizplūšanas PN krustojumi korpusa virzienā ir apgriezti. Ja tiek palielināts spriegums pie vārtu spailes, elektriskais lauks sāks palielināties un piesaista brīvos elektronus Si-SiO2 saskarnes pamatnei.
Tiklīdz spriegums ir pietiekami augsts, elektroni tiek uztīti, aizpildot visus caurumus, un plāns apgabals zem vārtiem, kas pazīstams kā kanāls, tiks apgriezts, lai darbotos kā n-veida pusvadītājs. Tas izveidos vadošu joslu no avota spailes līdz kanalizācijai, ļaujot plūst strāvai, tāpēc tranzistors tiks ieslēgts. Ja vārtu spaile ir iezemēta, tad apgrieztā nobīdes krustojumā neplūst strāva, tāpēc tranzistors tiks IZSLĒGTS.
NMOS tranzistora ķēde
NOT vārtu dizains, izmantojot PMOS un NMOS tranzistorus, ir parādīts zemāk. Lai izstrādātu NOT vārtus, mums ir jāapvieno pMOS un nMOS tranzistori, savienojot pMOS tranzistoru ar avotu un nMOS tranzistoru ar zemi. Tātad ķēde būs mūsu pirmais CMOS tranzistora piemērs.
Vārti NOT ir viena veida loģiskie vārti, kas ģenerē apgrieztu ievadi kā izvadi. Šos vārtus sauc arī par invertoru. Ja ievade ir “0”, apgrieztā izvade būs “1”.
Kad ieeja ir nulle, tā tiek novirzīta uz pMOS tranzistoru augšpusē un uz leju uz nMOS tranzistoru apakšā. Kad ievades vērtība “0” sasniedz pMOS tranzistoru, tā tiek apgriezta par “1”. tādējādi savienojums ar avotu tiek pārtraukts. Tādējādi tiks ģenerēta loģiskā vērtība “1”, ja tiek aizvērts arī savienojums ar kanalizāciju (GND). Mēs zinām, ka nMOS tranzistors neinvertēs ievades vērtību, tāpēc tas ņem nulles vērtību tādu, kāda tā ir, un tas izveidos atvērtu ķēdi kanalizācijā. Tātad vārtiem tiek ģenerēta loģiska viena vērtība.
Līdzīgi, ja ievades vērtība ir “1”, šī vērtība tiek nosūtīta abiem tranzistoriem iepriekš minētajā ķēdē. Kad vērtība “1” saņem pMOS tranzistoru, tā tiks apgriezta uz “o”. rezultātā savienojums ar avotu ir atvērts. Kad nMOS tranzistors saņem vērtību “1”, tas netiks apgriezts. tāpēc ievades vērtība paliek kā viena. Kad nMOS tranzistors ir saņēmis vienu vērtību, savienojums ar GND tiek aizvērts. Tātad tas ģenerēs loģisko “0” kā izvadi.
Izgatavošanas process
NMOS tranzistora izgatavošanas procesā ir iesaistīti daudzi soļi. To pašu procesu var izmantot PMOS un CMOS tranzistoriem. Visbiežāk šajā ražošanā izmantotais materiāls ir polisilīcijs vai metāls. NMOS tranzistora soli pa solim ražošanas procesa soļi ir apskatīti zemāk.
1. darbība:
Plāns silīcija vafeles slānis tiek pārveidots par P veida materiālu, vienkārši leģējot ar Bora materiālu.
2. darbība:
Biezs Sio2 slānis tiek audzēts uz pilnīga p veida substrāta
3. darbība:
Tagad virsma ir pārklāta ar fotorezistu uz biezā Sio2 slāņa.
4. darbība:
Pēc tam šis slānis tiek pakļauts UV gaismai ar masku, kas apraksta tos reģionus, kuros difūzijai jānotiek kopā ar tranzistora kanāliem.
5. darbība:
Šie apgabali ir iegravēti savstarpēji ar pamatā esošo Sio2, lai vafeles virsma būtu pakļauta logā, kas noteikts caur masku.
6. darbība:
Atlikušais fotorezists tiek atdalīts un plāns Sio2 slānis tiek izaudzēts 0,1 mikrometru garumā, parasti pa visu mikroshēmas virsmu. Tālāk uz tā atrodas polisilīcijs, lai izveidotu vārtu struktūru. Uz visa polisilīcija slāņa tiek uzlikts fotorezists, kas visā maskā pakļauj ultravioleto gaismu2.
7. darbība:
Uzkarsējot vafeles līdz maksimālajai temperatūrai, tiek panākta difūzija un izplūst gāze ar vēlamajiem n-veida piemaisījumiem, piemēram, fosforu.
8. darbība:
Visur tiek izaudzēts viena mikrometra biezums silīcija dioksīda, un uz tā tiek uzlikts fotorezista materiāls. Izstarojiet ultravioleto gaismu (UV) caur masku3 vēlamajos vārtu apgabalos, avota un drenāžas apgabali ir iegravēti, lai veiktu kontaktu griezumus.
9. darbība:
Tagad virs tā viena mikrometra platuma virsmas ir novietots metāls, piemēram, alumīnijs. Vēlreiz fotorezista materiāls tiek izaudzēts pa visu metālu un pakļauts UV gaismai, izmantojot masku4, kas ir iegravēta forma obligātajā starpsavienojuma dizainā. Galīgā NMOS struktūra ir parādīta zemāk.
PMOS vs NMOS tranzistors
Atšķirība starp PMOS un NMOS tranzistoriem ir aplūkota tālāk.
| PMOS tranzistors | NMOS tranzistors |
| PMOS tranzistors apzīmē P-kanāla metāla-oksīda-pusvadītāju tranzistoru. | NMOS tranzistors apzīmē N-kanālu metāla oksīda-pusvadītāju tranzistoru. |
| Avots un aizplūšana PMOS tranzistoros ir vienkārši izgatavoti ar n-veida pusvadītājiem | Avots un aizplūšana NMOS tranzistorā ir vienkārši izgatavoti ar p-veida pusvadītājiem. |
| Šī tranzistora substrāts ir izgatavots ar n-veida pusvadītāju | Šī tranzistora substrāts ir izgatavots ar p-veida pusvadītāju |
| Lielākā daļa PMOS lādiņu nesēju ir caurumi. | Lielākā daļa lādiņu nesēju NMOS ir elektroni. |
| Salīdzinot ar NMOS, PMOS ierīces nav mazākas. | NMOS ierīces ir diezgan mazākas, salīdzinot ar PMOS ierīcēm. |
| PMOS ierīces nevar pārslēgt ātrāk nekā NMOS ierīces. | Salīdzinot ar PMOS ierīcēm, NMOS ierīces var pārslēgt ātrāk. |
| PMOS tranzistors darbosies, tiklīdz vārtiem tiek nodrošināts zems spriegums. | NMOS tranzistors vadīs, tiklīdz vārtiem tiek nodrošināts augsts spriegums. |
| Tie ir vairāk imūni pret troksni. | Salīdzinot ar PMOS, tie nav imūni pret troksni. |
| Šī tranzistora sliekšņa spriegums (Vth) ir negatīvs lielums. | Šī tranzistora sliekšņa spriegums (Vth) ir pozitīvs lielums. |
Raksturlielumi
The NMOS tranzistora IV raksturlielumi ir parādīti zemāk. Spriegums starp vārtiem un avota spailēm “V GS ' & arī starp avotu un noteci 'V DS '. Tātad, līknes starp I DS un V DS tiek sasniegti, vienkārši iezemējot avota spaili, iestatot sākotnējo VGS vērtību un noslaukot V DS no “0” līdz augstākajai līdzstrāvas sprieguma vērtībai, ko dod V DD kāpjot uz V GS vērtība no “0” līdz V DD . Tātad ārkārtīgi zemam V GS , I DS ir ārkārtīgi mazi, un tiem būs lineāra tendence. Kad V GS vērtība kļūst augsta, tad es DS uzlabo un būs tālāk norādītā atkarība no V GS & IN DS ;
Ja V GS ir mazāks vai vienāds ar V TH , tad tranzistors ir IZSLĒGTS stāvoklī un darbojas kā atvērta ķēde.
Ja V GS ir lielāks par V TH , tad ir divi darbības režīmi.
Ja V DS ir mazāks par V GS - IEKŠĀ TH , tad tranzistors darbojas lineārajā režīmā un darbojas kā pretestība (R IESL ).
IDS = u eff C vērsis W/L [(V GS - IEKŠĀ TH )IN DS - ½ V DS ^2]
kur,
“µeff” ir lādiņa nesēja faktiskā mobilitāte.
“COX” ir aizbīdņa oksīda kapacitāte katrai laukuma vienībai.
W un L ir attiecīgi kanāla platums un garums. R IESL vērtību vienkārši kontrolē ar vārtu spriegumu šādi;
R IESLĒGTS = 1/in n C vērsis W/L [(V GS - IEKŠĀ TH )IN DS - ½ V DS ^2]
Ja VDS ir lielāks vai vienāds ar V GS - IEKŠĀ TH , tad tranzistors darbojas piesātinājuma režīmā
es DS = u n C vērsis W/L [(V GS - IEKŠĀ TH )^2 (1+λ V DS ]
Šajā reģionā, kad es DS ir lielāka, tad strāva ir minimāli atkarīga no V DS vērtība, tomēr tās augstākā vērtība tiek vienkārši kontrolēta, izmantojot VGS. Kanāla garuma modulācija “λ” nosaka IDS palielināšanos, palielinot tranzistoru VDS, ko izraisa saspiešana. Šī saspiešana notiek, kad abi V DS un V GS izlemt par elektriskā lauka modeli tuvu drenāžas apgabalam, tādējādi mainot dabiskās pieplūdes lādiņnesēju virzienu. Šis efekts samazina efektīvā kanāla garumu un palielina I DS . Ideālā gadījumā “λ” ir līdzvērtīgs “0”, lai I DS ir pilnīgi neatkarīgs no V DS vērtība piesātinājuma reģionā.
Tādējādi tas viss ir par NMOS pārskats tranzistors – izgatavošana un ķēde ar darbu. NMOS tranzistoram ir galvenā loma loģisko vārtu, kā arī citu dažādu digitālo shēmu ieviešanā. Šī ir mikroelektroniskā shēma, ko galvenokārt izmanto loģisko shēmu, atmiņas mikroshēmu un CMOS dizainā. Populārākie NMOS tranzistoru pielietojumi ir slēdži un sprieguma pastiprinātāji. Šeit ir jautājums jums, kas ir PMOS tranzistors?
