A fém-oxid félvezető tranzisztor vagy MOS tranzisztor a logikai chipek, processzorok és modern digitális memóriák alapvető építőköve. Ez egy többségi vivőeszköz, ahol a forrás és a leeresztő közötti vezető csatornán belüli áramot a kapura kapcsolt feszültség modulálja. Ez a MOS tranzisztor kulcsszerepet játszik különféle analóg és vegyes jelű IC-kben. Ez a tranzisztor meglehetősen adaptálható, így erősítőként, kapcsolóként vagy a ellenállás . nem tranzisztorok két típusba sorolhatók: PMOS és NMOS. Tehát ez a cikk egy áttekintést tárgyal NMOS tranzisztor - gyártás, áramkör és megmunkálás.
Mi az NMOS tranzisztor?
Az NMOS (n-csatornás fém-oxid félvezető) tranzisztor a tranzisztorok egyik típusa, ahol n-típusú adalékanyagokat használnak a kapu tartományban. Pozitív (+ve) feszültség a kapu kivezetésén bekapcsolja a készüléket. Ezt a tranzisztort főleg azokban használják CMOS (kiegészítő fém-oxid félvezető) kialakítás és logikai és memóriachipekben is. A PMOS tranzisztorhoz képest ez a tranzisztor nagyon gyorsabb, így több tranzisztor is elhelyezhető egyetlen chipen. Az NMOS tranzisztor szimbóluma lent látható.
Hogyan működik az NMOS tranzisztor?
Az NMOS tranzisztor működése: Amikor az NMOS tranzisztor nem elhanyagolható feszültséget kap, akkor zárt áramkört képez, ami azt jelenti, hogy a forráskapocs és a leeresztő csatlakozás vezetékként működik. Tehát az áram a kapu termináljától a forrás felé folyik. Hasonlóképpen, amikor ez a tranzisztor körülbelül 0 V-os feszültséget kap, akkor megszakadt áramkör alakul ki, ami azt jelenti, hogy a forráskapocs és a lefolyó közötti kapcsolat megszakad, így az áram a kapu kivezetésétől a lefolyóhoz folyik.
Az NMOS tranzisztor keresztmetszete
Általában az NMOS tranzisztorokat egyszerűen p-típusú testtel építik fel két n-típusú félvezető régióból, amelyek szomszédosak a forrás és lefolyó néven ismert kapuval. Ennek a tranzisztornak van egy vezérlőkapuja, amely szabályozza az elektronáramlást a forrás és a leeresztő terminálok között.
Ebben a tranzisztorban, mivel a tranzisztor teste földelve van, a forrás és a lefolyó PN csomópontjai a test felé fordítottan előfeszítettek. Ha megnöveljük a feszültséget a gate terminálon, akkor az elektromos tér növekedni kezd, és szabad elektronokat vonz a Si-SiO2 interfész alapjához.
Amint a feszültség elég magas, az elektronok feltekerve kitöltik az összes lyukat, és a kapu alatti vékony terület, amelyet csatornának nevezünk, megfordul, hogy n-típusú félvezetőként működjön. Ez egy vezető sávot hoz létre a forrás termináltól a lefolyóig, lehetővé téve az áram áramlását, így a tranzisztor BE lesz kapcsolva. Ha a kapu kivezetése földelve van, akkor a fordított előfeszítésű csomópontban nem folyik áram, így a tranzisztor KI lesz kapcsolva.
NMOS tranzisztor áramkör
A PMOS és NMOS tranzisztorokat használó NOT kapu kialakítása az alábbiakban látható. A NOT kapu tervezéséhez a pMOS és az nMOS tranzisztorokat kombinálnunk kell úgy, hogy egy pMOS tranzisztort csatlakoztatunk a forráshoz és egy nMOS tranzisztort a földhöz. Tehát az áramkör lesz az első CMOS tranzisztoros példánk.
A NOT kapu a logikai kapu egyik típusa, amely invertált bemenetet generál kimenetként. Ezt a kaput inverternek is nevezik. Ha a bemenet „0”, az invertált kimenet „1” lesz.
Ha a bemenet nulla, akkor a felül lévő pMOS tranzisztorhoz megy, és le az nMOS tranzisztorhoz alul. Amint a „0” bemeneti érték eléri a pMOS tranzisztort, az „1”-re változik. így a kapcsolat a forrás felé leáll. Tehát ez egy logikai „1” értéket generál, ha a lefolyó (GND) felé irányuló kapcsolat is zárva van. Tudjuk, hogy az nMOS tranzisztor nem invertálja a bemeneti értéket, így a nulla értéket úgy veszi, ahogy van, és szakadást hoz létre a lefolyóba. Tehát egy logikai egyes érték jön létre a kapu számára.
Hasonlóképpen, ha a bemeneti érték „1”, akkor ez az érték elküldésre kerül mindkét tranzisztornak a fenti áramkörben. Miután az „1” érték megkapja a pMOS tranzisztort, „o”-ra vált. ennek eredményeként megnyílik a kapcsolat a forrás felé. Ha az nMOS tranzisztor megkapja az „1” értéket, akkor nem fog megfordítani. így a bemeneti érték egy marad. Ha az nMOS tranzisztor egy értéket vett, akkor a GND felé irányuló kapcsolat megszakad. Tehát egy logikai „0”-t generál kimenetként.
Gyártási folyamat
Az NMOS tranzisztor gyártási folyamatának számos lépése van. Ugyanez az eljárás használható PMOS és CMOS tranzisztorokhoz. A gyártás során leggyakrabban használt anyag poliszilícium vagy fém. Az NMOS tranzisztor lépésről lépésre történő gyártási folyamatát az alábbiakban tárgyaljuk.
1. lépés:
Egy vékony szilícium ostyaréteget P-típusú anyaggá alakítanak át egyszerűen Bór anyaggal adalékolással.
2. lépés:
Komplett p-típusú szubsztrátumon vastag Sio2 réteget nevelnek
3. lépés:
Most a felületet egy fotoreziszten keresztül vonják be a vastag Sio2 rétegen.
4. lépés:
Ezt követően ezt a réteget UV fénynek teszik ki egy maszkkal, amely leírja azokat a régiókat, amelyekbe a diffúzió a tranzisztor csatornákkal együtt történik.
5. lépés:
Ezek a régiók kölcsönösen le vannak maratva az alatta lévő Sio2-vel, így az ostya felülete a maszkon keresztül meghatározott ablakon belül látható.
6. lépés:
A maradék fotorezisztet leválasztják, és a vékony Sio2 réteget 0,1 mikrométerre növesztik, jellemzően a chip teljes felületére. Ezután poliszilícium található ezen, hogy kialakítsa a kapuszerkezetet. A teljes poliszilícium rétegre fotorezisztet helyeznek, amely ultraibolya fényt tesz ki az egész maszkon2.
7. lépés:
Az ostya maximális hőmérsékletre melegítésével diffúziót érünk el, és gázt vezetünk át a kívánt n-típusú szennyeződésekkel, például foszforral.
8. lépés:
Egy mikrométer vastagságú szilícium-dioxidot növesztünk az egészre, és fotoreziszt anyagot helyezünk rá. Tegye ki az ultraibolya fényt (UV) a maszkon3 keresztül a kapu előnyben részesített részein, a forrás- és lefolyóterületek maratva vannak az érintkezési vágások elvégzéséhez.
9. lépés:
Most egy fémet, például alumíniumot helyeznek az egy mikrométer széles felületére. Ismét egy fotoreziszt anyagot növesztünk az egész fémre, és UV-fénynek teszik ki a maszkon4 keresztül, amely a kötelező összekapcsolási terv bevésett formája. A végleges NMOS-struktúra alább látható.
PMOS vs NMOS tranzisztor
A PMOS és az NMOS tranzisztorok közötti különbséget az alábbiakban tárgyaljuk.
| PMOS tranzisztor | NMOS tranzisztor |
| A PMOS tranzisztor a P-csatornás fém-oxid-félvezető tranzisztor rövidítése. | Az NMOS tranzisztor az N-csatornás fém-oxid-félvezető tranzisztor rövidítése. |
| A PMOS tranzisztorok forrása és lefolyója egyszerűen n-típusú félvezetőkkel készül | Az NMOS tranzisztor forrása és lefolyója egyszerűen p-típusú félvezetőkkel készül. |
| Ennek a tranzisztornak a hordozója n-típusú félvezetőből készül | Ennek a tranzisztornak a hordozója p-típusú félvezetőből készül |
| A PMOS töltéshordozóinak többsége lyuk. | Az NMOS töltéshordozóinak többsége elektron. |
| Az NMOS-hoz képest a PMOS-eszközök nem kisebbek. | Az NMOS-eszközök meglehetősen kisebbek a PMOS-eszközökhöz képest. |
| A PMOS-eszközök nem kapcsolhatók gyorsabban, mint az NMOS-eszközök. | A PMOS-eszközökhöz képest az NMOS-eszközök gyorsabban kapcsolhatók. |
| A PMOS tranzisztor akkor vezet, ha alacsony feszültséget kap a kapu. | Az NMOS tranzisztor vezetni fog, ha nagy feszültséget kap a kapu. |
| Ezek jobban ellenállnak a zajnak. | A PMOS-hoz képest ezek nem védettek a zaj ellen. |
| Ennek a tranzisztornak a küszöbfeszültsége (Vth) negatív mennyiség. | Ennek a tranzisztornak a küszöbfeszültsége (Vth) pozitív mennyiség. |
Jellemzők
Az Az NMOS tranzisztor IV karakterisztikája alább láthatók. A kapu és a forrás kivezetései közötti feszültség „V GS ’ & a forrás és a lefolyó között is „V DS '. Tehát az I közötti görbék DS és V DS A forrás termináljának földelésével, a kezdeti VGS érték beállításával és a V söpörésével érhető el DS „0”-tól a V által megadott legmagasabb egyenfeszültség-értékig DD amikor meglépi a V-t GS érték 0-tól V-ig DD . Tehát rendkívül alacsony V-hez GS , az I DS rendkívül kicsik, és lineáris trendjük lesz. Amikor a V GS az érték magas lesz, akkor én DS fokozza és az alábbi függőség lesz a V-től GS & BAN BEN DS ;
Ha V GS kisebb vagy egyenlő, mint V TH , akkor a tranzisztor KI állapotban van, és úgy működik, mint egy szakadt áramkör.
Ha V GS nagyobb, mint V TH , akkor két üzemmód van.
Ha V DS kisebb, mint V GS - BAN BEN TH , akkor a tranzisztor lineáris üzemmódban működik, és ellenállásként működik (R TOVÁBB ).
IDS = u eff C ökör W/L [(V GS - BAN BEN TH )BAN BEN DS – ½ V DS ^2]
Hol,
A „µeff” a töltéshordozó effektív mobilitása.
A „COX” a kapu-oxid kapacitása minden egységnyi területen.
W & L a csatorna szélessége és hossza ennek megfelelően. Az R TOVÁBB értékét egyszerűen a kapu feszültsége szabályozza a következőképpen;
R BE = 1/in n C ökör W/L [(V GS - BAN BEN TH )BAN BEN DS – ½ V DS ^2]
Ha a VDS nagyobb vagy egyenlő, mint V GS - BAN BEN TH , akkor a tranzisztor a telítési módon belül működik
én DS = u n C ökör W/L [(V GS - BAN BEN TH )^2 (1+λ V DS ]
Ebben a régióban, amikor I DS nagyobb, akkor az áram minimálisan függ a V-től DS értékét azonban a legmagasabb értéke egyszerűen a VGS-en keresztül szabályozza. A „λ” csatornahossz-moduláció magyarázza az IDS-en belüli növekedést a tranzisztorok VDS-en belüli növekedésével a csípés miatt. Ez az elcsípődés akkor következik be, ha mindkét V DS és V GS dönteni a drén tartományhoz közeli elektromos términtázatról, megváltoztatva ezzel a természetes ellátási töltéshordozók irányát. Ez a hatás csökkenti a hatékony csatorna hosszát és növeli az I DS . Ideális esetben a „λ” egyenértékű „0”-val, így az I DS teljesen független az V-től DS érték a telítési tartományon belül.
Tehát erről szól az egész egy NMOS áttekintése tranzisztor – gyártás és áramkör működéssel. Az NMOS tranzisztor kulcsszerepet játszik a logikai kapuk, valamint más különböző digitális áramkörök megvalósításában. Ez egy mikroelektronikai áramkör, amelyet elsősorban logikai áramkörök, memóriachipek és CMOS tervezésben használnak. Az NMOS tranzisztorok legnépszerűbb alkalmazásai a kapcsolók és a feszültségerősítők. Itt egy kérdés, hogy mi az a PMOS tranzisztor?
