Tranzistor PMOS: Práce, výroba, průřez a jeho vlastnosti

Tranzistor MOS je nejzákladnějším prvkem v návrhu rozsáhlých integrovaných obvodů. Tyto tranzistory jsou obecně klasifikovány do dvou typů PMOS a NMOS. Kombinace tranzistorů NMOS a PMOS je známá jako a CMOS tranzistor . Odlišný logická hradla & další digitální logická zařízení, která jsou implementována, musí mít PMOS logiku. Tato technologie je levná a má dobrou odolnost proti rušení. Tento článek pojednává o jednom z typů tranzistorů MOS, jako je tranzistor PMOS.

Co je tranzistor PMOS?

PMOS tranzistor nebo P-kanálový polovodič oxidu kovu je druh tranzistoru, kde jsou příměsi typu p použity v oblasti kanálu nebo hradla. Tento tranzistor je přesně opakem tranzistoru NMOS. Tyto tranzistory mají tři hlavní terminály; zdroj, hradlo a kolektor, kde je zdroj tranzistoru navržen se substrátem typu p a terminál kolektoru je navržen se substrátem typu n. V tomto tranzistoru jsou nosiče náboje jako díry zodpovědné za vedení proudu. Symboly tranzistorů PMOS jsou uvedeny níže.

Jak funguje tranzistor PMOS?

Tranzistor typu p pracuje zcela opačně než tranzistor typu n. Tento tranzistor vytvoří otevřený obvod, kdykoli dostane nezanedbatelné napětí, což znamená, že nedochází k žádnému toku elektřiny z terminálu brány (G) do zdroje (S). Podobně tento tranzistor tvoří uzavřený obvod, když získá napětí kolem 0 voltů, což znamená, že proud teče z terminálu brány (G) do kolektoru (D).

Tato bublina je také známá jako inverzní bublina. Takže hlavní funkcí tohoto kruhu je invertovat hodnotu vstupního napětí. Pokud svorka brány poskytuje napětí 1, pak jej tento měnič změní na nulu a podle toho funguje obvod. Funkce tranzistoru PMOS a tranzistoru NMOS je tedy zcela opačná. Jakmile je sloučíme do jediného MOS obvodu, stane se z něj obvod CMOS (komplementární metal-oxidový polovodič).

Průřez tranzistorem PMOS

Řez tranzistoru PMOS je uveden níže. Tranzistor pMOS je sestaven s tělem typu n obsahujícím dvě polovodičové oblasti typu p, které sousedí s hradlem. Tento tranzistor má řídicí bránu, jak je znázorněno na schématu, která řídí tok elektronů mezi dvěma terminály, jako je zdroj a odtok. V pMOS tranzistoru je tělo udržováno na kladném napětí. Jakmile je svorka hradla kladná, pak jsou svorky zdroje a odvodu obráceny. Jakmile k tomu dojde, neprotéká žádný proud, takže tranzistor bude vypnut.

Jakmile je napájecí napětí na terminálu hradla sníženo, kladné nosiče náboje budou přitahovány ke spodní části rozhraní Si-SiO2. Kdykoli se napětí dostatečně sníží, kanál se převrátí a vytvoří vodivou cestu od terminálu zdroje ke svodu tím, že umožní tok proudu.

Kdykoli se tyto tranzistory zabývají digitální logikou, mají obvykle dvě různé hodnoty, pouze jako 1 a 0 (zapnuto a vypnuto). Kladné napětí tranzistoru je známé jako VDD, což představuje logickou vysokou (1) hodnotu v digitálních obvodech. Úrovně napětí VDD v TTL logika byly obecně kolem 5V. V současné době tranzistory ve skutečnosti nemohou odolat tak vysokému napětí, protože se obvykle pohybují v rozmezí 1,5 V – 3,3 V. Nízké napětí je často známé jako GND nebo VSS. VSS tedy znamená logickou „0“ a je také normálně nastavena na 0V.

Tranzistorový obvod PMOS

Návrh hradla NAND využívající tranzistor PMOS a tranzistor NMOS je znázorněn níže. Obecně platí, že hradlo NAND v digitální elektronice je logické hradlo, které se také nazývá hradlo NOT-AND. Výstup tohoto hradla je nízký (0) pouze v případě, že dva vstupy jsou vysoké (1) a jeho výstup je doplňkem hradla AND. Je-li některý ze dvou vstupů NÍZKÝ (0), dává vysoké výstupní výsledky.

V níže uvedeném logickém obvodu, pokud je vstup A 0 a B je 0, potom vstup pMOS bude produkovat „1“ a vstup nMOS bude produkovat „0“. Tato logická brána tedy generuje logickou „1“, protože je připojena ke zdroji uzavřeným obvodem a odpojena od GND přes otevřený obvod.

Když A je „0“ a B“ je „1“, potom vstup pMOS vygeneruje „1“ a vstup NMOS vygeneruje „0“. Toto hradlo tedy vytvoří logickou jedničku, protože je připojeno ke zdroji přes uzavřený obvod a odpojeno od GND otevřeným obvodem. Když A je „1“ a B je „0“, pak vstup „B“ pMOS bude generovat vysoký výstup (1) a vstup „B“ NMOS bude generovat výstup jako nízký (0). Toto logické hradlo tedy vygeneruje logickou 1, protože je připojeno ke zdroji přes uzavřený obvod a odpojeno od GND otevřeným obvodem.

Když A je „1“ a B je „1“, potom vstup „pMOS“ vytvoří nulu a vstup „nMOS“ vytvoří „1“. V důsledku toho bychom měli také ověřit vstup B pMOS & nMOS. B vstup pMOS bude generovat „0“ a B vstup nMOS bude generovat „1“. Toto logické hradlo tedy vygeneruje logickou „0“, protože je odpojeno od zdroje otevřeným obvodem a je připojeno k GND přes uzavřený obvod.

Tabulka pravdy

Pravdivostní tabulka výše uvedeného logického obvodu je uvedena níže.

Prahové napětí tranzistoru PMOS je obvykle „Vgs“, které je nezbytné k vytvoření kanálu známého jako inverze kanálu. V tranzistoru PMOS jsou substrát a zdrojové terminály jednoduše připojeny k „Vdd“. Pokud začneme snižovat napětí odkazem na zdrojový terminál na terminálu brány z Vdd do bodu, kde si všimnete inverze kanálu, v této poloze, pokud analyzujete Vgs & zdroj je na vysokém potenciálu, pak dostanete zápornou hodnotu. Takže tranzistor PMOS má zápornou hodnotu V.

Proces výroby PMOS

Kroky spojené s výrobou tranzistorů PMOS jsou diskutovány níže.

Krok 1:

Tenká vrstva křemíkového plátku se změní na materiál typu N jednoduchým dopováním fosforového materiálu.

Krok 2:

Silná vrstva oxidu křemičitého (Sio2) se pěstuje na kompletním substrátu typu p.

Krok 3:

Nyní je povrch potažen fotorezistem přes silnou vrstvu oxidu křemičitého.

Krok 4:

Poté je tato vrstva jednoduše vystavena UV světlu přes masku, která definuje ty oblasti, do kterých má probíhat difúze spolu s tranzistorovými kanály.

Krok 5:

Tyto oblasti jsou odleptány společně s podkladovým oxidem křemičitým, takže povrch plátku je odkryt v okénku definovaném maskou.

Krok 6:

Zbývající fotorezist se oddělí a tenká vrstva Sio2 naroste typicky 0,1 mikrometru po celém povrchu čipu. Poté se přes to umístí polysilikon, aby vytvořil strukturu brány. Přes celou polysilikonovou vrstvu je umístěn fotorezist a vystavuje UV světlo přes masku2.

Krok 7:

Difúze je dosaženo ohřevem plátku na maximální teplotu a průchodem plynu s požadovanými nečistotami typu p, jako je bor.

Krok 8:

Pěstuje se oxid křemičitý o tloušťce 1 mikrometr a nanáší se na něj fotorezistní materiál. Vystavte ultrafialovému světlu masku3 na upřednostňované oblasti brány, zdroje a odtoku, které jsou vyleptané, aby se vytvořily kontaktní řezy.

Krok 9:

Nyní je na jeho povrch o tloušťce 1 mikrometr nanesen kov nebo hliník. Opět na celém kovu narůstá fotorezistní materiál a vystavuje UV záření maskou4, která je vyleptána tak, aby vytvořila požadovaný design propojení. Konečná struktura PMOS je uvedena níže.

Charakteristika tranzistoru PMOS

Charakteristiky I-V tranzistoru PMOS jsou uvedeny níže. Tyto charakteristiky jsou rozděleny do dvou oblastí, aby se získal vztah mezi sběrným a zdrojovým proudem (I DS) a také jeho koncovými napětími, jako jsou lineární a saturační oblasti.

V oblasti vložky se IDS lineárně zvýší, když se zvýší napětí VDS (odtok ke zdroji), zatímco v oblasti nasycení je IDS stabilní a je nezávislý na VDS. Hlavní vztah mezi ISD (source to drain current) a jeho svorkovými napětími je odvozen podobným postupem jako u tranzistoru NMOS. V tomto případě bude jedinou změnou to, že nosiče náboje přítomné v inverzní vrstvě jsou prostě díry. Když se otvory pohybují od zdroje k odtoku, pak je tok proudu také stejný.

V aktuální rovnici se tedy objeví záporné znaménko. Kromě toho jsou všechna použitá předpětí na svorkách zařízení záporná. Takže charakteristiky ID – VDS tranzistoru PMOS jsou uvedeny níže.
Rovnice odběrového proudu pro tranzistor PMOS v lineární oblasti je dána takto:

ID = – mp Cox

Podobně rovnice odvodňovacího proudu pro tranzistor PMOS v oblasti nasycení je dána jako:

ID = – mp Cox (VSG – | V TH |p )^2

Kde „mp“ je pohyblivost otvoru & „|VTH| p' je prahové napětí tranzistoru PMOS.

Ve výše uvedené rovnici bude záporné znaménko znamenat, že ID( vypouštěcí proud ) proudí z odtoku (D) do zdroje (S), zatímco otvory proudí v opačném směru. Když je pohyblivost díry nízká ve srovnání s pohyblivostí elektronů, pak tranzistory PMOS trpí schopností nízkoproudového pohonu.

Toto je tedy vše o přehledu PMOS tranzistoru nebo mos tranzistoru typu p – výroba, obvod a jeho funkce. PMOS jsou navrženy tranzistory s p-zdrojem, n-substrátem a odtokem. Nosiče náboje PMOS jsou díry. Tento tranzistor vede, jakmile je na svorku hradla přiloženo nízké napětí. Zařízení založená na PMOS jsou méně náchylná k rušení ve srovnání se zařízeními NMOS. Tyto tranzistory mohou být použity jako napěťově řízené rezistory, aktivní zátěže, proudová zrcadla, transimpedanční zesilovače a také ve spínačích a napěťových zesilovačích. Zde je otázka pro vás, co je tranzistor NMOS?