El transistor semiconductor d'òxid metàl·lic o transistor MOS és un element bàsic en xips lògics, processadors i memòries digitals modernes. És un dispositiu portador majoritari, on el corrent dins d'un canal conductor entre la font i el drenatge es modula per una tensió aplicada a la porta. Aquest transistor MOS té un paper clau en diversos circuits integrats de senyal analògic i mixt. Aquest transistor és bastant adaptable, de manera que funciona com a amplificador, interruptor o a resistència . no transistors es classifiquen en dos tipus PMOS i NMOS. Per tant, aquest article tracta una visió general transistor NMOS - Fabricació, circuit i funcionament.
Què és un transistor NMOS?
Un transistor NMOS (semiconductor d'òxid metàl·lic de canal n) és un tipus de transistor on s'utilitzen dopants de tipus n a la regió de la porta. Una tensió positiva (+ve) al terminal de la porta encén el dispositiu. Aquest transistor s'utilitza principalment CMOS disseny (semiconductor complementari d'òxid metàl·lic) i també en xips de lògica i memòria. En comparació amb el transistor PMOS, aquest transistor és molt més ràpid, de manera que es poden col·locar més transistors en un sol xip. El símbol del transistor NMOS es mostra a continuació.
Com funciona el transistor NMOS?
El funcionament del transistor NMOS és; quan el transistor NMOS rep una tensió no insignificant, llavors forma un circuit tancat, el que significa que la connexió des del terminal font fins al drenatge funciona com un cable. Així, el corrent flueix des del terminal de la porta fins a la font. De la mateixa manera, quan aquest transistor rep una tensió d'aproximadament 0 V, llavors forma un circuit obert, la qual cosa significa que la connexió del terminal font al drenatge es trencarà, de manera que el corrent flueix des del terminal de la porta al drenatge.
Secció transversal del transistor NMOS
En general, un transistor NMOS es construeix simplement amb un cos de tipus p per dues regions de semiconductors de tipus n que es troben adjacents a la porta coneguda com a font i drenatge. Aquest transistor té una porta de control que controla el flux d'electrons entre els terminals de font i drenatge.
En aquest transistor, com que el cos del transistor està connectat a terra, les unions PN de la font i el drenatge cap al cos estan polaritzats a la inversa. Si augmenta la tensió al terminal de la porta, un camp elèctric començarà a augmentar i atreu electrons lliures a la base de la interfície Si-SiO2.
Una vegada que la tensió és prou alta, els electrons acaben omplint tots els forats i una regió fina per sota de la porta coneguda com el canal s'invertirà per funcionar com a semiconductor de tipus n. Això crearà un carril conductor des del terminal font fins al drenatge permetent el flux de corrent, de manera que el transistor s'encendrà. Si el terminal de la porta està connectat a terra, no passa corrent a la unió polaritzada inversament, de manera que el transistor s'apagarà.
Circuit de transistors NMOS
A continuació es mostra el disseny de la porta NOT amb transistors PMOS i NMOS. Per dissenyar una porta NOT, hem de combinar transistors pMOS i nMOS connectant un transistor pMOS a la font i un transistor nMOS a terra. Per tant, el circuit serà el nostre primer exemple de transistor CMOS.
La porta NOT és un tipus de porta lògica que genera una entrada invertida com a sortida. Aquesta porta també s'anomena inversor. Si l'entrada és '0', la sortida invertida serà '1'.
Quan l'entrada és zero, va al transistor pMOS a la part superior i cap avall al transistor nMOS a la part inferior. Una vegada que el valor d'entrada '0' arriba al transistor pMOS, s'inverteix a '1'. així, la connexió cap a la font s'atura. Així, això generarà un valor lògic '1' si també es tanca la connexió cap al drenatge (GND). Sabem que el transistor nMOS no invertirà el valor d'entrada, per tant pren el valor zero tal com és i farà un circuit obert al drenatge. Per tant, es genera un valor lògic per a la porta.
De la mateixa manera, si el valor d'entrada és '1', aquest valor s'envia als dos transistors del circuit anterior. Una vegada que el valor '1' rep el transistor pMOS, s'invertirà a una 'o'. com a resultat, la connexió cap a la font està oberta. Una vegada que el transistor nMOS rep el valor '1, no s'invertirà. per tant, el valor d'entrada es manté com un. Una vegada que el transistor nMOS rep un valor, es tanca la connexió cap a GND. Per tant, generarà un '0' lògic com a sortida.
Procés de fabricació
Hi ha molts passos implicats en el procés de fabricació de transistors NMOS. El mateix procés es pot utilitzar per als transistors PMOS i CMOS. El material més utilitzat en aquesta fabricació és el polisilici o el metall. A continuació es comenten els passos del procés de fabricació pas a pas del transistor NMOS.
Pas 1:
Una fina capa d'hòstia de silici es transforma en material de tipus P simplement dopant amb material de bor.
Pas 2:
Es cultiva una capa gruixuda de Sio2 sobre un substrat complet de tipus p
Pas 3:
Ara la superfície està recoberta a través d'un fotoresistent a la gruixuda capa de Sio2.
Pas 4:
Després, aquesta capa s'exposa a la llum UV amb una màscara que descriu aquelles regions a les quals s'ha de produir la difusió conjuntament amb els canals de transistors.
Pas 5:
Aquestes regions estan gravades mútuament amb el Sio2 subjacent de manera que la superfície de l'hòstia quedi exposada dins de la finestra definida a través de la màscara.
Pas 6:
La fotoresistència residual es separa i la capa fina de Sio2 es fa créixer 0,1 micròmetres normalment sobre tota la cara del xip. A continuació, hi ha polisilici per formar l'estructura de la porta. Es col·loca un fotoresistent a la capa completa de polisilici i exposa la llum ultraviolada a tota la màscara2.
Pas 7:
En escalfar l'hòstia a la temperatura màxima, s'aconsegueixen difusions i passa gas amb impureses de tipus n desitjades com el fòsfor.
Pas 8:
Es fa créixer per tot arreu un gruix d'un micròmetre de diòxid de silici i s'hi col·loca material fotoresistent. Exposeu la llum ultraviolada (UV) a través de la màscara3 a les regions preferides de la porta, les regions de la font i el drenatge estan gravades per fer els talls de contacte.
Pas 9:
Ara es col·loca un metall com l'alumini sobre la seva superfície d'un micròmetre d'amplada. Una vegada més, es fa créixer un material fotoresistent per tot el metall i s'exposa a la llum UV a través de la màscara4, que és una forma gravada al disseny d'interconnexió obligatori. L'estructura NMOS final es mostra a continuació.
Transistor PMOS vs NMOS
La diferència entre els transistors PMOS i NMOS es discuteix a continuació.
| Transistor PMOS | Transistor NMOS |
| El transistor PMOS significa transistor semiconductor d'òxid metàl·lic de canal P. | El transistor NMOS significa transistor semiconductor d'òxid metàl·lic de canal N. |
| La font i el drenatge dels transistors PMOS es fan simplement amb semiconductors de tipus n | La font i el drenatge del transistor NMOS es fan simplement amb semiconductors de tipus p. |
| El substrat d'aquest transistor està fet amb un semiconductor de tipus n | El substrat d'aquest transistor està fet amb el semiconductor tipus p |
| La majoria dels portadors de càrrega en PMOS són forats. | La majoria dels portadors de càrrega en NMOS són electrons. |
| En comparació amb NMOS, els dispositius PMOS no són més petits. | Els dispositius NMOS són bastant més petits en comparació amb els dispositius PMOS. |
| Els dispositius PMOS no es poden canviar més ràpidament que els dispositius NMOS. | En comparació amb els dispositius PMOS, els dispositius NMOS es poden canviar més ràpidament. |
| El transistor PMOS conduirà una vegada que es proporcioni una baixa tensió a la porta. | El transistor NMOS conduirà una vegada que es proporcioni una alta tensió a la porta. |
| Aquests són més immunes al soroll. | En comparació amb PMOS, aquests no són immunes al soroll. |
| La tensió llindar (Vth) d'aquest transistor és una quantitat negativa. | La tensió llindar (Vth) d'aquest transistor és una quantitat positiva. |
Característiques
El Característiques I-V del transistor NMOS es mostren a continuació. La tensió entre la porta i els terminals de la font 'V GS ’ i també entre la font i el desguàs ‘V DS ’. Per tant, les corbes entre I DS i V DS s'aconsegueixen simplement posant a terra el terminal de la font, establint un valor VGS inicial i escombrant V DS de '0' al valor de voltatge continu més alt donat per V DD en trepitjar la V GS valor de '0' a V DD . Així que per a V extremadament baix GS , el I DS són extremadament petits i tindran una tendència lineal. Quan el V GS el valor augmenta, llavors jo DS millora i tindrà la següent dependència de V GS & IN DS ;
Si V GS és menor o igual que V TH , aleshores el transistor està en condicions OFF i funciona com un circuit obert.
Si V GS és més gran que V TH , llavors hi ha dos modes de funcionament.
Si V DS és inferior a V GS - EN TH , aleshores el transistor funciona en mode lineal i actua com a resistència (R ON ).
IDS = u eff C bou W/L [(V GS - EN TH ) EN DS -½ V DS ^2]
On,
'µeff' és la mobilitat efectiva del portador de càrrega.
'COX' és la capacitat de l'òxid de la porta per a cada unitat d'àrea.
W i L són l'amplada i la longitud del canal corresponent. El R ON el valor es controla simplement per la tensió de la porta de la manera següent;
R ON = 1/polzada n C bou W/L [(V GS - EN TH ) EN DS -½ V DS ^2]
Si VDS és superior o igual a V GS - EN TH , aleshores el transistor funciona dins del mode de saturació
jo DS = u n C bou W/L [(V GS - EN TH )^2 (1+λ V DS ]
En aquesta regió, quan jo DS és més alt, llavors el corrent depèn mínimament de la V DS valor, però, el seu valor més alt es controla simplement mitjançant VGS. La modulació de la longitud del canal 'λ' té en compte l'augment de l'IDS per un augment de VDS en transistors, a causa del pinch-off. Aquest pinch-off es produeix una vegada que tots dos V DS i V GS decidir sobre el patró de camp elèctric proper a la regió de drenatge, canviant així la direcció dels portadors de càrrega de subministrament natural. Aquest efecte redueix la longitud del canal eficient i augmenta I DS . Idealment, 'λ' és equivalent a '0' de manera que I DS és totalment independent de la V DS valor dins de la regió de saturació.
Per tant, tot això es tracta una visió general d'un NMOS transistor: fabricació i circuit amb funcionament. El transistor NMOS té un paper clau en la implementació de portes lògiques i altres circuits digitals diferents. Aquest és un circuit microelectrònic utilitzat principalment en el disseny de circuits lògics, xips de memòria i en disseny CMOS. Les aplicacions més populars dels transistors NMOS són els interruptors i els amplificadors de tensió. Aquí teniu una pregunta per a vosaltres, què és un transistor PMOS?
