Полупроводниковият транзистор с метален оксид или MOS транзистор е основен градивен елемент в логически чипове, процесори и съвременни цифрови памети. Това е устройство с мажоритарен носител, при което токът в проводящ канал между източника и изтичането се модулира от приложено напрежение към портата. Този MOS транзистор играе ключова роля в различни ИС с аналогови и смесени сигнали. Този транзистор е доста адаптивен, така че функционира като усилвател, превключвател или a резистор . не транзистори се класифицират в два вида PMOS и NMOS. И така, тази статия обсъжда общ преглед на NMOS транзистор – производство, верига и работа.
Какво е NMOS транзистор?
NMOS (n-канален металооксиден полупроводников) транзистор е един вид транзистор, при който в областта на затвора се използват добавки от n-тип. Положително (+ve) напрежение на гейт терминала включва устройството. Този транзистор се използва главно в CMOS (допълнителен металооксиден полупроводник) дизайн и също в логически и памет чипове. В сравнение с PMOS транзистора, този транзистор е много по-бърз, така че повече транзистори могат да бъдат поставени на един чип. Символът на NMOS транзистор е показан по-долу.
Как работи NMOS транзисторът?
Работата на NMOS транзистора е; когато NMOS транзисторът получи непренебрежимо малко напрежение, тогава той образува затворена верига, което означава, че връзката от изходния терминал към изтичането работи като проводник. Така че токът тече от клемата на портата към източника. По същия начин, когато този транзистор получи напрежение при приблизително 0 V, тогава той образува отворена верига, което означава, че връзката от изходния извод към източването ще бъде прекъсната, така че токът тече от изходния извод към източването.
Напречно сечение на NMOS транзистор
Обикновено един NMOS транзистор е просто изграден с тяло от тип p от две полупроводникови области от тип n, които са в съседство с портата, известна като източник и изтичане. Този транзистор има управляващ гейт, който контролира потока на електроните между изходните и източващите клеми.
В този транзистор, тъй като тялото на транзистора е заземено, PN връзките на източника и изтичането към тялото са обратно предубедени. Ако напрежението на терминала на вратата се увеличи, електрическото поле ще започне да се увеличава и ще привлече свободни електрони към основата на интерфейса Si-SiO2.
След като напрежението е достатъчно високо, тогава електроните се навиват, запълвайки всички дупки и тънка област под портата, известна като канал, ще бъде обърната, за да работи като n-тип полупроводник. Това ще създаде проводяща лента от изходния терминал към дренажа, като позволи протичането на ток, така че транзисторът ще бъде включен. Ако изводът на гейта е заземен, тогава не протича ток в прехода с обратно отклонение, така че транзисторът ще бъде изключен.
NMOS транзисторна верига
Дизайнът на NOT gate, използващ PMOS и NMOS транзистори, е показан по-долу. За да проектираме NOT порта, трябва да комбинираме pMOS и nMOS транзистори, като свържем pMOS транзистор към източника и nMOS транзистор към земята. Така че веригата ще бъде нашият първи пример за CMOS транзистор.
Портата NOT е един вид логическа врата, която генерира обърнат вход като изход. Тази врата се нарича още инвертор. Ако входът е „0“, инвертираният изход ще бъде „1“.
Когато входът е нула, тогава той отива към pMOS транзистора отгоре и надолу към nMOS транзистора отдолу. След като входната стойност '0' достигне pMOS транзистора, тогава тя се обръща в '1'. по този начин връзката към източника е спряна. Така че това ще генерира логическа стойност „1“, ако връзката към дренажа (GND) също е затворена. Знаем, че nMOS транзисторът няма да инвертира входната стойност, поради което приема нулевата стойност такава, каквато е, и ще направи отворена верига към изтичането. И така, за портата се генерира логическа единица.
По същия начин, ако входната стойност е „1“, тогава тази стойност се изпраща към двата транзистора в горната верига. След като стойността '1' получи pMOS транзистора, тогава тя ще бъде обърната на 'o'. в резултат на това връзката към източника е отворена. След като nMOS транзисторът получи стойността '1, тогава той няма да бъде обърнат. така че входната стойност остава като една. След като една стойност бъде получена от nMOS транзистора, връзката към GND се затваря. Така че ще генерира логическа ‘0’ като изход.
Процес на производство
Има много стъпки, включени в процеса на производство на NMOS транзистор. Същият процес може да се използва за PMOS и CMOS транзистори. Най-често използваният материал в това производство е полисилиций или метал. Стъпките на производствения процес стъпка по стъпка на NMOS транзистора са обсъдени по-долу.
Етап 1:
Тънък слой силициева пластина се променя в материал от тип P чрез просто допиране с борен материал.
Стъпка 2:
Дебел Sio2 слой се отглежда върху пълен p-тип субстрат
Стъпка 3:
Сега повърхността е покрита чрез фоторезист върху дебел слой Sio2.
Стъпка 4:
След това този слой се излага на ултравиолетова светлина с маска, която описва онези региони, в които трябва да настъпи дифузия съвместно с транзисторните канали.
Стъпка 5:
Тези региони са гравирани взаимно с подлежащия Sio2, така че повърхността на вафлата да е изложена в рамките на прозореца, определен през маската.
Стъпка 6:
Остатъчният фоторезист се отделя и тънкият слой Sio2 се отглежда с дебелина 0,1 микрометра обикновено върху цялата повърхност на чипа. След това върху него е разположен полисилиций, за да образува структурата на портата. Фоторезистът се поставя върху целия полисилициев слой и излага ултравиолетова светлина в цялата маска2.
Стъпка 7:
Чрез нагряване на пластината до максимална температура се постигат дифузии и преминаване на газ с желани n-тип примеси като фосфор.
Стъпка 8:
Един микрометър дебелина на силициев диоксид се отглежда навсякъде и върху него се поставя фоторезистен материал. Изложете ултравиолетовата светлина (UV) през mask3 върху предпочитаните области на портата, регионите на източника и дренажа са гравирани, за да се направят контактните разрези.
Стъпка 9:
Сега метал като алуминий е поставен върху неговата повърхност с ширина от един микрометър. Още веднъж фоторезистентният материал се отглежда върху целия метал и се излага на ултравиолетова светлина чрез маска4, която е гравирана форма на задължителния дизайн на взаимното свързване. Окончателната NMOS структура е показана по-долу.
PMOS срещу NMOS транзистор
Разликата между PMOS и NMOS транзисторите е разгледана по-долу.
| PMOS транзистор | NMOS транзистор |
| PMOS транзистор означава P-канал метал-оксид-полупроводников транзистор. | NMOS транзистор означава N-канален транзистор метал-оксид-полупроводник. |
| Източникът и изтичането в PMOS транзисторите са просто направени с n-тип полупроводници | Източникът и изтичането в NMOS транзистора са просто направени с p-тип полупроводници. |
| Субстратът на този транзистор е направен от полупроводник от n-тип | Субстратът на този транзистор е направен от полупроводник тип p |
| По-голямата част от носителите на заряд в PMOS са дупки. | По-голямата част от носителите на заряд в NMOS са електрони. |
| В сравнение с NMOS, PMOS устройствата не са по-малки. | NMOS устройствата са доста по-малки в сравнение с PMOS устройствата. |
| PMOS устройствата не могат да се превключват по-бързо в сравнение с NMOS устройствата. | В сравнение с PMOS устройствата, NMOS устройствата могат да се превключват по-бързо. |
| PMOS транзисторът ще проведе, след като към портата се подаде ниско напрежение. | NMOS транзисторът ще проведе, след като към портата се подаде високо напрежение. |
| Те са по-устойчиви на шум. | В сравнение с PMOS, те не са имунизирани срещу шум. |
| Праговото напрежение (Vth) на този транзистор е отрицателна величина. | Праговото напрежение (Vth) на този транзистор е положителна величина. |
Характеристики
The I-V характеристики на NMOS транзистора са показани по-долу. Напрежението между портата и изходните клеми „V GS ’ & също между източника и изтичането ‘V ДС ’. И така, кривите между I ДС и В ДС се постигат чрез просто заземяване на терминала на източника, задаване на първоначална стойност на VGS и почистване на V ДС от „0“ до най-високата стойност на постоянно напрежение, дадена от V DD при настъпване на V GS стойност от „0“ до V DD . Така че за изключително ниско V GS , аз ДС са изключително малки и ще имат линейна тенденция. Когато V GS стойността става висока, тогава аз ДС подобрява и ще има зависимостта по-долу от V GS & IN ДС ;
Ако В GS е по-малко или равно на V TH , тогава транзисторът е в състояние OFF и работи като отворена верига.
Ако В GS е по-голямо от V TH , тогава има два режима на работа.
Ако В ДС е по-малко от V GS - ВЪВ TH , тогава транзисторът работи в линеен режим и действа като съпротивление (R НА ).
IDS = u еф ° С вол W/L [(V GS - ВЪВ TH )IN ДС – ½ V ДС ^2]
Където,
„µeff“ е ефективната мобилност на носителя на заряд.
„COX“ е капацитетът на затворния оксид за всяка единица площ.
W & L са съответно ширината и дължината на канала. Р НА стойността се контролира просто от напрежението на портата, както следва;
Р ВКЛ = 1/инч н ° С вол W/L [(V GS - ВЪВ TH )IN ДС – ½ V ДС ^2]
Ако VDS е по-голямо или равно на V GS - ВЪВ TH , тогава транзисторът работи в режим на насищане
аз ДС = u н ° С вол W/L [(V GS - ВЪВ TH )^2 (1+λ V ДС ]
В този район, когато аз ДС е по-висок, тогава токът зависи минимално от V ДС стойност, но най-високата му стойност просто се контролира чрез VGS. Модулацията на дължината на канала „λ“ отчита увеличението в рамките на IDS чрез увеличение в рамките на VDS в транзисторите поради отщипване. Това прищипване се случва, след като и двете V ДС и В GS вземете решение за модела на електрическото поле близо до областта на изтичане, като по този начин промените посоката на естествените захранващи носители на заряд. Този ефект намалява дължината на ефективния канал и увеличава I ДС . В идеалния случай „λ“ е еквивалентно на „0“, така че I ДС е напълно независим от V ДС стойност в областта на насищане.
И така, това е всичко преглед на NMOS транзистор – изработка и схема с работа. NMOS транзисторът играе ключова роля в прилагането на логически порти, както и в други различни цифрови схеми. Това е микроелектронна схема, използвана главно при проектирането на логически схеми, чипове с памет и в дизайна на CMOS. Най-популярните приложения на NMOS транзисторите са превключватели и усилватели на напрежение. Ето един въпрос за вас, какво е PMOS транзистор?
