Polovodičový tranzistor z oxidu kovu nebo tranzistor MOS je základním stavebním kamenem v logických čipech, procesorech a moderních digitálních pamětích. Jedná se o zařízení s většinovým nosným, kde je proud ve vodivém kanálu mezi zdrojem a kolektorem modulován přivedeným napětím na bránu. Tento MOS tranzistor hraje klíčovou roli v různých analogových a smíšených integrovaných obvodech. Tento tranzistor je docela adaptabilní, takže funguje jako zesilovač, spínač nebo a odpor . ne tranzistory jsou rozděleny do dvou typů PMOS a NMOS. Tento článek tedy pojednává o přehledu NMOS tranzistor - výroba, obvody a práce.
Co je tranzistor NMOS?
Tranzistor NMOS (n-channel metal-oxide semiconductor) je jedním typem tranzistoru, kde jsou v hradlové oblasti použity příměsi typu n. Kladné (+ve) napětí na svorce brány zapne zařízení. Tento tranzistor se používá hlavně v CMOS (komplementární metal-oxidový polovodičový) design & také v logických a paměťových čipech. Ve srovnání s tranzistorem PMOS je tento tranzistor velmi rychlejší, takže na jeden čip lze umístit více tranzistorů. Symbol tranzistoru NMOS je zobrazen níže.
Jak funguje tranzistor NMOS?
Funkce tranzistoru NMOS je; když NMOS tranzistor přijme nezanedbatelné napětí, pak tvoří uzavřený obvod, což znamená, že spojení od terminálu zdroje k kolektoru funguje jako vodič. Proud tedy teče z terminálu brány do zdroje. Podobně, když tento tranzistor přijme napětí přibližně 0 V, pak vytvoří otevřený obvod, což znamená, že spojení od terminálu zdroje k kolektoru bude přerušeno, takže proud teče z terminálu brány do kolektoru.
Průřez tranzistorem NMOS
Obecně platí, že tranzistor NMOS je jednoduše postaven s tělem typu p dvěma polovodičovými oblastmi typu n, které sousedí s bránou známou jako zdroj a odtok. Tento tranzistor má řídicí bránu, která řídí tok elektronů mezi svorkami zdroje a kolektoru.
V tomto tranzistoru, protože tělo tranzistoru je uzemněno, jsou PN přechody zdroje a kolektoru směrem k tělu obráceny. Pokud se napětí na svorce hradla zvýší, elektrické pole se začne zvětšovat a přitahuje volné elektrony k bázi rozhraní Si-SiO2.
Jakmile je napětí dostatečně vysoké, elektrony vyplní všechny díry a tenká oblast pod bránou, známá jako kanál, bude invertována, aby fungovala jako polovodič typu n. To vytvoří vodivý pruh od terminálu zdroje k kolektoru tím, že umožní tok proudu, takže tranzistor bude ZAPNUTÝ. Je-li svorka hradla uzemněna, neteče žádný proud v obráceném předpětí, takže tranzistor bude vypnut.
Tranzistorový obvod NMOS
Návrh brány NOT využívající tranzistory PMOS a NMOS je znázorněn níže. Abychom mohli navrhnout bránu NOT, musíme zkombinovat tranzistory pMOS a nMOS připojením tranzistoru pMOS ke zdroji a tranzistoru nMOS k zemi. Takže obvod bude naším prvním příkladem tranzistoru CMOS.
Hradlo NOT je jeden typ logického hradla, který generuje invertovaný vstup jako výstup. Tato brána se také nazývá invertor. Pokud je vstup „0“, invertovaný výstup bude „1“.
Když je vstup nulový, přejde k tranzistoru pMOS nahoře a dolů k tranzistoru nMOS dole. Jakmile vstupní hodnota „0“ dosáhne tranzistoru pMOS, je invertována na „1“. tedy připojení ke zdroji je zastaveno. Takže to vygeneruje logickou hodnotu „1“, pokud je také uzavřeno připojení k odtoku (GND). Víme, že tranzistor nMOS neinvertuje vstupní hodnotu, takže vezme nulovou hodnotu tak, jak je, a způsobí přerušení obvodu do kolektoru. Pro bránu se tedy vygeneruje logická jedna hodnota.
Podobně, pokud je vstupní hodnota ‚1‘, pak je tato hodnota odeslána do obou tranzistorů ve výše uvedeném obvodu. Jakmile hodnota „1“ přijme tranzistor pMOS, bude invertována na „o“. v důsledku toho je spojení směrem ke zdroji otevřené. Jakmile tranzistor nMOS obdrží hodnotu „1, nebude invertován. takže vstupní hodnota zůstane jako jedna. Jakmile tranzistor nMOS přijme jednu hodnotu, je spojení směrem ke GND uzavřeno. Takže to vygeneruje logickou „0“ jako výstup.
Proces výroby
Proces výroby tranzistorů NMOS zahrnuje mnoho kroků. Stejný proces lze použít pro tranzistory PMOS a CMOS. Nejčastěji používaným materiálem při této výrobě je buď polysilikon nebo kov. Kroky výrobního procesu tranzistoru NMOS krok za krokem jsou popsány níže.
Krok 1:
Tenká vrstva křemíkové destičky se změní na materiál typu P jednoduchým přidáním materiálu Boron.
Krok 2:
Silná vrstva Sio2 se pěstuje na kompletním substrátu typu p
Krok 3:
Nyní je povrch potažen fotorezistem na silnou vrstvu Sio2.
Krok 4:
Poté je tato vrstva vystavena UV záření s maskou, která popisuje ty oblasti, do kterých má dojít k difúzi společně s tranzistorovými kanály.
Krok 5:
Tyto oblasti jsou vzájemně odleptány s podkladovým Sio2, takže povrch destičky je odkryt v okně definovaném maskou.
Krok 6:
Zbytkový fotorezist se oddělí a tenká vrstva Sio2 naroste o 0,1 mikrometru typicky po celé ploše čipu. Dále je na něm umístěn polysilikon, který tvoří strukturu brány. Fotorezist je umístěn na kompletní polysilikonovou vrstvu a exponuje ultrafialové světlo v celé masce2.
Krok 7:
Zahřátím plátku na maximální teplotu se dosáhne difúze a průchodu plynu s požadovanými nečistotami typu n, jako je fosfor.
Krok 8:
Na celém povrchu se pěstuje jeden mikrometr tloušťky oxidu křemičitého a je na něj umístěn fotorezistní materiál. Vystavte ultrafialové světlo (UV) přes masku3 na preferované oblasti brány, oblasti zdroje a odvodu jsou vyleptány, aby se vytvořily kontaktní řezy.
Krok 9:
Nyní je na jeho povrch o šířce jednoho mikrometru umístěn kov podobný hliníku. Po celém kovu znovu naroste fotorezistní materiál a vystaví se UV světlu přes masku4, která je leptanou formou povinného propojovacího designu. Konečná struktura NMOS je uvedena níže.
Tranzistor PMOS vs NMOS
Rozdíl mezi tranzistory PMOS a NMOS je diskutován níže.
| Tranzistor PMOS | Tranzistor NMOS |
| PMOS tranzistor je zkratka pro P-channel metal-oxid-polovodičový tranzistor. | NMOS tranzistor je zkratka pro N-channel metal-oxid-polovodičový tranzistor. |
| Zdroj a odtok v tranzistorech PMOS jsou jednoduše vyrobeny z polovodičů typu n | Zdroj a odtok v tranzistoru NMOS jsou jednoduše vyrobeny z polovodičů typu p. |
| Substrát tohoto tranzistoru je vyroben z polovodiče typu n | Substrát tohoto tranzistoru je vyroben z polovodiče typu p |
| Většina nosičů náboje v PMOS jsou díry. | Většina nosičů náboje v NMOS jsou elektrony. |
| Ve srovnání s NMOS nejsou zařízení PMOS menší. | Zařízení NMOS jsou ve srovnání se zařízeními PMOS poměrně menší. |
| Zařízení PMOS nelze přepínat rychleji ve srovnání se zařízeními NMOS. | Ve srovnání se zařízeními PMOS lze zařízení NMOS přepínat rychleji. |
| Tranzistor PMOS bude vést, jakmile je do brány přivedeno nízké napětí. | Tranzistor NMOS bude vést, jakmile je do brány přivedeno vysoké napětí. |
| Jsou odolnější vůči hluku. | Ve srovnání s PMOS nejsou imunní vůči šumu. |
| Prahové napětí (Vth) tohoto tranzistoru je záporná veličina. | Prahové napětí (Vth) tohoto tranzistoru je kladná veličina. |
Charakteristika
The I-V charakteristiky tranzistoru NMOS jsou uvedeny níže. Napětí mezi hradlem a svorkami zdroje ‚V GS “ & také mezi zdrojem a odtokem „V DS '. Takže křivky mezi I DS a V DS jsou dosaženy pouhým uzemněním svorky zdroje, nastavením počáteční hodnoty VGS a rozmítáním V DS od „0“ po nejvyšší hodnotu stejnosměrného napětí danou V DD při vykročení V GS hodnota od „0“ do V DD . Takže pro extrémně nízké V GS , I DS jsou extrémně malé a budou mít lineární trend. Když V GS hodnota je vysoká, pak já DS vylepšuje a bude mít níže uvedenou závislost na V GS & V DS ;
Pokud V GS je menší nebo rovno V TH , pak je tranzistor ve vypnutém stavu a funguje jako otevřený obvod.
Pokud V GS je větší než V TH , pak existují dva provozní režimy.
Pokud V DS je menší než V GS – V TH , pak tranzistor pracuje v lineárním režimu a funguje jako odpor (R NA ).
IDS = u eff C vůl W/L [(V GS – V TH )V DS – ½ V DS ^2]
Kde,
„µeff“ je efektivní pohyblivost nosiče náboje.
„COX“ je kapacita hradlového oxidu pro každou jednotkovou plochu.
W & L jsou odpovídajícím způsobem šířka a délka kanálu. R NA hodnota je jednoduše řízena napětím brány takto;
R ON = 1/in n C vůl W/L [(V GS – V TH )V DS – ½ V DS ^2]
Pokud je VDS větší nebo rovno V GS – V TH , pak tranzistor pracuje v režimu saturace
já DS = u n C vůl W/L [(V GS – V TH )^2 (1+λ V DS ]
V tomto kraji, když jsem DS je vyšší, pak je proud na V závislý minimálně DS hodnota, ale jeho nejvyšší hodnota je jednoduše řízena prostřednictvím VGS. Modulace délky kanálu ‚λ‘ odpovídá za zvýšení v rámci IDS zvýšením v rámci VDS v tranzistorech kvůli pinch-off. Toto Pinch-off nastane, jakmile obě V DS a V GS rozhodnout o vzoru elektrického pole v blízkosti odtokové oblasti, a tím změnit směr přirozených napájecích nosičů náboje. Tento efekt zkracuje délku efektivního kanálu a zvyšuje I DS . V ideálním případě je „λ“ ekvivalentní „0“, takže I DS je zcela nezávislý na V DS hodnotu v oblasti nasycení.
Tak, to je všechno o přehled NMOS tranzistor – výroba a zapojení s obj. Tranzistor NMOS hraje klíčovou roli při implementaci logických hradel a dalších různých digitálních obvodů. Jedná se o mikroelektronický obvod používaný především při návrhu logických obvodů, paměťových čipů a při návrhu CMOS. Nejoblíbenější aplikace tranzistorů NMOS jsou spínače a napěťové zesilovače. Zde je otázka pro vás, co je PMOS tranzistor?
