PMOS tranzisztor: Működés, gyártás, keresztmetszet és jellemzői

A MOS tranzisztor a nagyszabású integrált áramkörök tervezésének legalapvetőbb eleme. Ezeket a tranzisztorokat általában két típusba sorolják: PMOS és NMOS. Az NMOS és PMOS tranzisztorok kombinációja a CMOS tranzisztor . A más logikai kapuk és más megvalósított digitális logikai eszközöknek PMOS logikával kell rendelkezniük. Ez a technológia olcsó és jó interferenciaállósággal rendelkezik. Ez a cikk a MOS tranzisztorok egyik típusát tárgyalja, például a PMOS tranzisztorokat.

Mi az a PMOS tranzisztor?

A PMOS tranzisztor vagy P-csatornás fém-oxid félvezető egyfajta tranzisztor, ahol a p-típusú adalékanyagokat a csatorna vagy a kapu tartományban használják fel. Ez a tranzisztor pontosan az NMOS tranzisztor fordítottja. Ezeknek a tranzisztoroknak három fő kivezetése van; a forrás, a kapu és a lefolyó, ahol a tranzisztor forrása p-típusú hordozóval, a leeresztő terminál pedig n-típusú hordozóval van kialakítva. Ebben a tranzisztorban a töltéshordozók, mint a lyukak felelősek az áram vezetéséért. A PMOS tranzisztor szimbólumok az alábbiakban láthatók.

Hogyan működik a PMOS tranzisztor?

A p-típusú tranzisztor működése teljesen ellentétes az n-típusú tranzisztorral. Ez a tranzisztor megszakadt áramkört képez, amikor nem elhanyagolható feszültséget kap, ami azt jelenti, hogy nincs elektromos áram a kapu (G) kivezetésétől a forráshoz (S). Hasonlóképpen, ez a tranzisztor zárt áramkört képez, amikor 0 volt körüli feszültséget kap, ami azt jelenti, hogy az áram a kapu (G) kivezetésétől a lefolyóhoz (D) folyik.

Ezt a buborékot inverziós buboréknak is nevezik. Tehát ennek a körnek a fő funkciója a bemeneti feszültség értékének invertálása. Ha a kapukapocs 1 feszültséget ad, akkor ez az inverter nullára változtatja és ennek megfelelően működik az áramkör. Tehát a PMOS tranzisztor és az NMOS tranzisztor funkciója teljesen ellentétes. Ha egyszer összevonjuk őket egyetlen MOS áramkörbe, akkor abból CMOS (komplementer fém-oxid félvezető) áramkör lesz.

A PMOS tranzisztor keresztmetszete

A PMOS tranzisztor keresztmetszete alább látható. A pMOS tranzisztor egy n-típusú testtel van felszerelve, amely két p-típusú félvezető régiót tartalmaz, amelyek szomszédosak a kapuval. Ennek a tranzisztornak van egy vezérlőkapuja, amint az az ábrán látható, amely szabályozza az elektronok áramlását a két kivezetés között, például a forrás és a lefolyó között. A pMOS tranzisztorban a testet +ve feszültségen tartják. Ha a kapu kivezetése pozitív, akkor a forrás és leeresztő kapcsok fordított előfeszítésűek. Ha ez megtörténik, nem folyik áram, így a tranzisztor KI lesz kapcsolva.

Amint a feszültségellátás a gate terminálnál lecsökken, a pozitív töltéshordozók vonzódnak a Si-SiO2 interfész aljához. Amikor a feszültség kellően alacsony lesz, a csatorna megfordul, és az áram áramlását lehetővé téve egy vezető utat hoz létre a forrás kivezetésétől a lefolyóig.

Amikor ezek a tranzisztorok digitális logikával foglalkoznak, általában csak két különböző értékük van, például 1 és 0 (BE és KI). A tranzisztor pozitív feszültsége VDD néven ismert, amely a logikai magas (1) értéket képviseli a digitális áramkörökben. A VDD feszültségszintje in TTL logika általában 5V körül voltak. Jelenleg a tranzisztorok valójában nem képesek ellenállni az ilyen magas feszültségeknek, mivel általában 1,5 V és 3,3 V között mozognak. Az alacsony feszültséget gyakran GND-nek vagy VSS-nek nevezik. Tehát a VSS a „0” logikát jelöli, és normál esetben 0 V-ra van állítva.

PMOS tranzisztor áramkör

A PMOS tranzisztort és NMOS tranzisztort használó NAND kapu kialakítása az alábbiakban látható. Általában a digitális elektronikában a NAND-kapu egy logikai kapu, amelyet NEM-ÉS kapunak is neveznek. Ennek a kapunak a kimenete csak akkor alacsony (0), ha a két bemenet magas (1), és a kimenete egy ÉS kapu kiegészítése. Ha a két bemenet bármelyike ​​LOW (0), akkor az magas kimeneti eredményeket ad.

Az alábbi logikai áramkörben, ha az A bemenet 0 és B értéke 0, akkor a pMOS bemenete „1”-et, az nMOS A bemenete pedig „0”-t produkál. Tehát ez a logikai kapu logikai „1”-et generál, mivel zárt áramkörrel csatlakozik a forráshoz, és egy nyitott áramkörön keresztül le van választva a GND-ről.

Ha A „0” és B értéke „1”, akkor a pMOS bemenete „1”-et, az NMOS A bemenete pedig „0”-t generál. Így ez a kapu logikait fog előállítani, mivel zárt áramkörön keresztül csatlakozik a forráshoz, és egy nyitott áramkörrel leválasztja a GND-ről. Ha A „1” és B „0”, akkor a pMOS „B” bemenete magas kimenetet (1), az NMOS „B” bemenete pedig alacsony (0) kimenetet generál. Tehát ez a logikai kapu logikai 1-et generál, mivel zárt áramkörön keresztül csatlakozik a forráshoz, és egy nyitott áramkörrel leválasztja a GND-ről.

Ha A értéke 1 és B értéke 1, akkor a pMOS A bemenete nullát, az nMOS bemenete pedig 1-et generál. Következésképpen ellenőriznünk kell a pMOS és nMOS B bemenetét is. A pMOS B bemenete „0”, az nMOS B bemenete pedig „1” értéket generál. Tehát ez a logikai kapu logikai „0”-t fog generálni, mivel egy nyitott áramkör leválasztja a forrásról, és zárt áramkörön keresztül csatlakozik a GND-hez.

Igazságtáblázat

A fenti logikai áramkör igazságtáblázata az alábbiakban látható.

A PMOS Tranzisztor küszöbfeszültsége általában a „Vgs”, amely a csatornainverzióként ismert csatorna létrehozásához szükséges. A PMOS tranzisztorban a hordozó és a forrás kivezetései egyszerűen a „Vdd”-re vannak csatlakoztatva. Ha elkezdjük csökkenteni a feszültséget a gate terminál forráskivezetésére hivatkozva Vdd-ről egy olyan pontra, ahol a csatorna inverzióját észleli, ebben a helyzetben, ha elemzi a Vgs és a forrás magas potenciálját, akkor negatív értéket kap. Tehát a PMOS tranzisztornak negatív V. értéke van.

PMOS gyártási folyamat

A PMOS tranzisztorok gyártásának lépéseit az alábbiakban tárgyaljuk.

1. lépés:

Egy vékony szilícium lapkaréteget N-típusú anyaggá alakítanak át a foszfor anyag egyszerű doppingolásával.

2. lépés:

Vastag szilícium-dioxid (Sio2) réteget nevelnek egy komplett p-típusú hordozón.

3. lépés:

Most a felületet fotoreziszttel vonják be a vastag szilícium-dioxid rétegen.

4. lépés:

Ezt követően ezt a réteget egyszerűen UV fénynek teszik ki egy maszkon keresztül, amely a tranzisztor csatornákkal együtt meghatározza azokat a tartományokat, amelyekbe a diffúziónak meg kell történnie.

5. lépés:

Ezeket a területeket az alatta lévő szilícium-dioxiddal kölcsönösen lemarják úgy, hogy az ostya felülete láthatóvá válik a maszk által meghatározott ablakon belül.

6. lépés:

A maradék fotoreziszt leválik, és a vékony Sio2-réteg jellemzően 0,1 mikrométerre nő a chip teljes felületén. Ezt követően poliszilíciumot helyeznek rá, hogy kialakítsák a kapu szerkezetét. A teljes poliszilícium rétegre fotorezisztet helyeznek el, és a maszkon keresztül UV fényt bocsát ki2.

7. lépés:

A diffúziót az ostya maximális hőmérsékletre történő melegítésével és a kívánt p-típusú szennyeződésekkel, például bórral ellátott gáz átengedésével érik el.

8. lépés:

1 mikrométer vastagságú szilícium-dioxidot növesztünk, és fotoreziszt anyagot rakunk rá. Tegye ki az ultraibolya fényt a mask3 segítségével a kapu, a forrás és a lefolyó kívánt területeire, amelyek az érintkezési vágásokhoz maratva vannak.

9. lépés:

Most egy fém vagy alumínium van lerakva az 1 mikrométer vastag felületére. Ismét egy fotoreziszt anyagot növesztünk az egész fémre, és az UV-fényt a maszkon4 keresztül tesszük ki, amely a szükséges összeköttetés kialakításához maratva van. A végleges PMOS-struktúra alább látható.

A PMOS tranzisztor jellemzői

A PMOS tranzisztor IV karakterisztikája alább látható. Ezeket a jellemzőket két régióra osztják annak érdekében, hogy megkapjuk a kapcsolatot a lefolyó és a forrásáram (I DS), valamint a terminális feszültségei, például a lineáris és telítettségi régiók között.

Béléses tartományban az IDS lineárisan növekszik, ha a VDS-t (a forrásfeszültség lefolyását) növeljük, míg a telítési tartományban az I DS stabil és független a VDS-től. Az ISD (forrás-lefolyó áram) és a terminálfeszültségei közötti fő kapcsolat az NMOS tranzisztor hasonló eljárásával származik. Ebben az esetben az egyetlen változás az lesz, hogy az inverziós rétegben jelen lévő töltéshordozók egyszerűen lyukak. Amikor a lyukak a forrástól a lefolyó felé mozognak, akkor az áram áramlása is azonos.

Így a negatív előjel megjelenik az aktuális egyenletben. Ezenkívül az eszköz kivezetésein alkalmazott összes torzítás negatív. Tehát a PMOS tranzisztor azonosítója - VDS jellemzői az alábbiakban láthatók.
A PMOS tranzisztor leeresztőáram-egyenlete a lineáris tartományban a következő:

ID = – mp Cox

Hasonlóképpen, a telítési tartományban lévő PMOS tranzisztor leeresztőáram-egyenlete a következő:

ID = – mp Cox (VSG – | V TH |p )^2

Ahol az „mp” a lyuk mobilitása és a „|VTH|”. p’ a PMOS tranzisztor küszöbfeszültsége.

A fenti egyenletben a negatív előjel azt jelzi, hogy az ID( leeresztő áram ) a lefolyóból (D) a forrásba (S) folyik, míg a lyukak az ellenkező irányba. Ha a lyuk mobilitása alacsony az elektronmobilitáshoz képest, akkor a PMOS tranzisztorok az alacsony áramú hajtás képességétől szenvednek.

Így ez a PMOS tranzisztor vagy p-típusú mos tranzisztor áttekintéséről szól – gyártásról, áramkörről és működéséről. PMOS tranzisztorokat terveztek p-forrással, n-szubsztrátummal és lefolyóval. A PMOS töltéshordozói lyukak. Ez a tranzisztor vezet, ha alacsony feszültséget kapcsolunk a kapukapocsra. A PMOS-alapú eszközök kevésbé hajlamosak az interferenciára, mint az NMOS-eszközök. Ezek a tranzisztorok használhatók feszültségvezérelt ellenállásként, aktív terhelésként, áramtükörként, transz-impedanciaerősítőként, valamint kapcsolókban és feszültségerősítőkben is. Itt egy kérdés, hogy mi az NMOS tranzisztor?