Polprevodniški tranzistor kovinskega oksida ali tranzistor MOS je osnovni gradnik v logičnih čipih, procesorjih in sodobnih digitalnih pomnilnikih. Je naprava z večinskim nosilcem, kjer je tok znotraj prevodnega kanala med izvorom in odvodom moduliran z uporabljeno napetostjo na vratih. Ta MOS tranzistor igra ključno vlogo v različnih analognih in mešanih signalih IC. Ta tranzistor je precej prilagodljiv, zato deluje kot ojačevalnik, stikalo ali a upor . ne tranzistorji so razvrščeni v dve vrsti PMOS in NMOS. Torej, ta članek obravnava pregled NMOS tranzistor – izdelava, vezje in delo.
Kaj je NMOS tranzistor?
Tranzistor NMOS (n-kanalni kovinsko-oksidni polprevodnik) je ena vrsta tranzistorja, kjer se v območju vrat uporabljajo dopanti tipa n. Pozitivna (+ve) napetost na priključku vrat vklopi napravo. Ta tranzistor se uporablja predvsem v CMOS (komplementarni kovinsko-oksidni polprevodnik) oblikovanje ter tudi v logičnih in pomnilniških čipih. V primerjavi s tranzistorjem PMOS je ta tranzistor zelo hitrejši, zato lahko na en sam čip namestimo več tranzistorjev. Simbol tranzistorja NMOS je prikazan spodaj.
Kako deluje tranzistor NMOS?
Delovanje tranzistorja NMOS je; ko tranzistor NMOS prejme nezanemarljivo napetost, potem tvori zaprto vezje, kar pomeni, da povezava od izvornega terminala do odtoka deluje kot žica. Torej tok teče od terminala vrat do izvora. Podobno, ko ta tranzistor prejme napetost pri približno 0 V, potem tvori odprto vezje, kar pomeni, da bo povezava od izvornega terminala do odtoka prekinjena, tako da tok teče od vratnega terminala do odtoka.
Prerez tranzistorja NMOS
Na splošno je tranzistor NMOS preprosto zgrajen s telesom tipa p z dvema polprevodniškima območjema tipa n, ki mejita na vrata, znana kot vir in odtok. Ta tranzistor ima krmilna vrata, ki nadzorujejo pretok elektronov med izvornimi in odvodnimi terminali.
V tem tranzistorju, ker je ohišje tranzistorja ozemljeno, so PN spoji vira in odtoka proti ohišju obratno pristranski. Če se napetost na terminalu vrat poveča, se začne električno polje povečevati in privlači proste elektrone na osnovo vmesnika Si-SiO2.
Ko je napetost dovolj visoka, se elektroni navijejo in zapolnijo vse luknje in tanko območje pod vrati, znano kot kanal, se obrne, da deluje kot polprevodnik tipa n. To bo ustvarilo prevodni pas od izvornega priključka do odtoka, tako da bo omogočil pretok toka, tako da bo tranzistor vklopljen. Če je terminal vrat ozemljen, tok ne teče v reverzno prednapetem spoju, tako da bo tranzistor IZKLOPLJEN.
Tranzistorsko vezje NMOS
Zasnova vrat NOT z uporabo tranzistorjev PMOS in NMOS je prikazana spodaj. Da bi oblikovali vrata NOT, moramo združiti pMOS in nMOS tranzistorje tako, da povežemo pMOS tranzistor z virom in nMOS tranzistor z maso. Vezje bo torej naš prvi primer tranzistorja CMOS.
Vrata NOT so ena vrsta logičnih vrat, ki generirajo invertni vhod kot izhod. Ta vrata se imenujejo tudi inverter. Če je vhod '0', bo obrnjen izhod '1'.
Ko je vhod enak nič, gre do pMOS tranzistorja na vrhu in navzdol do nMOS tranzistorja na dnu. Ko vhodna vrednost '0' doseže pMOS tranzistor, se obrne v '1'. s tem se povezava proti viru prekine. Tako bo to ustvarilo logično vrednost '1', če je zaprta tudi povezava proti odtoku (GND). Vemo, da tranzistor nMOS ne bo obrnil vhodne vrednosti, zato vzame ničelno vrednost, kakršna je, in bo ustvaril odprt krog do odtoka. Torej se za vrata ustvari logična vrednost ena.
Podobno, če je vhodna vrednost '1', se ta vrednost pošlje obema tranzistorjema v zgornjem vezju. Ko vrednost '1' prejme tranzistor pMOS, se bo obrnil na 'o'. posledično je povezava proti izvoru odprta. Ko tranzistor nMOS prejme vrednost '1, se ne bo obrnil. torej vhodna vrednost ostane ena. Ko tranzistor nMOS prejme eno vrednost, je povezava proti GND zaprta. Tako bo kot izhod ustvaril logično '0'.
Postopek izdelave
V procesu izdelave tranzistorja NMOS je vključenih veliko korakov. Isti postopek je mogoče uporabiti za tranzistorje PMOS in CMOS. Najpogosteje uporabljen material pri tej izdelavi je polisilicij ali kovina. Spodaj so obravnavani koraki postopka izdelave tranzistorja NMOS.
Korak 1:
Tanka plast silicijeve rezine se spremeni v material tipa P s preprostim dopiranjem z borovim materialom.
2. korak:
Debela plast Sio2 se goji na popolnem substratu p-tipa
3. korak:
Zdaj je površina prevlečena s fotorezistom na debelo plast Sio2.
4. korak:
Nato je ta plast izpostavljena UV svetlobi z masko, ki opisuje tiste regije, v katere naj bi prišlo do difuzije skupaj s tranzistorskimi kanali.
5. korak:
Ta območja so vrezana skupaj s spodnjim Sio2, tako da je površina rezine izpostavljena znotraj okna, ki je določeno skozi masko.
6. korak:
Preostali fotorezist se loči in tanka plast Sio2 se naraste 0,1 mikrometra običajno čez celotno površino čipa. Nato se na tem nahaja polisilicij, ki tvori strukturo vrat. Fotorezist je nameščen na celotno polisilikonsko plast in izpostavlja ultravijolično svetlobo po celotni maski2.
7. korak:
S segrevanjem rezine na najvišjo temperaturo se doseže difuzija in prehaja plin z želenimi nečistočami tipa n, kot je fosfor.
8. korak:
En mikrometer debeline silicijevega dioksida se naraste povsod in nanj se položi fotorezist. Izpostavite ultravijolično svetlobo (UV) skozi masko3 na prednostnih območjih vrat, območja vira in odtoka so vgravirana, da naredite kontaktne reze.
9. korak:
Zdaj je kovina, kot je aluminij, nameščena na njegovo površino širine enega mikrometra. Še enkrat se fotorezistni material naraste po vsej kovini in izpostavi UV svetlobi skozi masko4, ki je vgravirana oblika obvezne zasnove medsebojne povezave. Končna struktura NMOS je prikazana spodaj.
PMOS proti NMOS tranzistorju
Razlika med tranzistorji PMOS in NMOS je obravnavana spodaj.
| PMOS tranzistor | NMOS tranzistor |
| PMOS tranzistor pomeni P-kanalni tranzistor kovinskega oksida in polprevodnika. | NMOS tranzistor pomeni N-kanalni tranzistor kovinskega oksida in polprevodnika. |
| Izvor in odtok v tranzistorjih PMOS sta preprosto narejena s polprevodniki tipa n | Izvor in odtok v tranzistorju NMOS sta preprosto narejena s polprevodniki tipa p. |
| Podlaga tega tranzistorja je izdelana iz polprevodnika tipa n | Podlaga tega tranzistorja je izdelana iz polprevodnika tipa p |
| Večina nosilcev naboja v PMOS je lukenj. | Večina nosilcev naboja v NMOS so elektroni. |
| V primerjavi z NMOS naprave PMOS niso nič manjše. | Naprave NMOS so precej manjše v primerjavi z napravami PMOS. |
| Naprav PMOS ni mogoče preklapljati hitreje v primerjavi z napravami NMOS. | V primerjavi z napravami PMOS lahko naprave NMOS preklapljate hitreje. |
| Tranzistor PMOS bo prevajal, ko je nizka napetost na vratih. | Tranzistor NMOS bo prevajal, ko bo na vrata prišla visoka napetost. |
| Ti so bolj odporni na hrup. | V primerjavi s PMOS ti niso imuni na hrup. |
| Mejna napetost (Vth) tega tranzistorja je negativna količina. | Mejna napetost (Vth) tega tranzistorja je pozitivna količina. |
Značilnosti
The I-V karakteristike tranzistorja NMOS so prikazani spodaj. Napetost med priključkoma vrat in izvora 'V GS « & tudi med izvorom in odtokom »V DS ’. Torej, krivulje med I DS in V DS se dosežejo s preprostim ozemljitvijo terminala vira, nastavitvijo začetne vrednosti VGS in pometanjem V DS od '0' do najvišje vrednosti enosmerne napetosti, podane z V DD ko stopite na V GS vrednost od '0' do V DD . Torej za izjemno nizek V GS , jaz DS so izjemno majhne in bodo imele linearen trend. Ko je V GS vrednost postane visoka, potem jaz DS izboljša in bo imel spodnjo odvisnost od V GS & IN DS ;
Če V GS je manjša ali enaka V TH , potem je tranzistor v stanju IZKLOP in deluje kot odprto vezje.
Če V GS je večji od V TH , potem sta na voljo dva načina delovanja.
Če V DS je manj kot V GS - IN TH , potem tranzistor deluje v linearnem načinu in deluje kot upor (R VKLOP ).
IDS = u eff C vol Š/D [(V GS - IN TH )IN DS – ½ V DS ^2]
Kje,
'µeff' je efektivna mobilnost nosilca naboja.
„COX“ je kapacitivnost oksida vrat za vsako enoto površine.
W & L sta ustrezno širina in dolžina kanala. R VKLOP vrednost je preprosto nadzorovana z napetostjo vrat, kot sledi;
R VKLOP = 1/in n C vol Š/D [(V GS - IN TH )IN DS – ½ V DS ^2]
Če je VDS večji ali enak V GS - IN TH , potem tranzistor deluje v načinu nasičenosti
jaz DS = u n C vol Š/D [(V GS - IN TH )^2 (1+λ V DS ]
V tej regiji, ko sem DS višji, potem je tok minimalno odvisen od V DS vendar je njegova najvišja vrednost preprosto nadzorovana prek VGS. Modulacija dolžine kanala 'λ' povzroči dvig znotraj IDS s povečanjem znotraj VDS v tranzistorjih zaradi odščipnjenja. Ta odščip se zgodi, ko oba V DS in V GS odločite se za vzorec električnega polja blizu območja odtoka in tako spremenite smer naravnih napajalnih nosilcev naboja. Ta učinek skrajša dolžino učinkovitega kanala in poveča I DS . V idealnem primeru je 'λ' enakovreden '0', tako da I DS je popolnoma neodvisen od V DS vrednost v območju nasičenosti.
Torej gre za vse pregled NMOS tranzistor – izdelava in vezje z delovanjem. Tranzistor NMOS ima ključno vlogo pri implementaciji logičnih vrat in drugih različnih digitalnih vezij. To je mikroelektronsko vezje, ki se uporablja predvsem pri oblikovanju logičnih vezij, pomnilniških čipov in pri načrtovanju CMOS. Najbolj priljubljene uporabe tranzistorjev NMOS so stikala in napetostni ojačevalniki. Tukaj je vprašanje za vas, kaj je PMOS tranzistor?
