Transistor semikonduktor oksida logam atau transistor MOS ialah blok binaan asas dalam cip logik, pemproses & ingatan digital moden. Ia adalah peranti pembawa majoriti, di mana arus dalam saluran pengalir di antara punca & longkang dimodulasi oleh voltan yang dikenakan ke pintu. Transistor MOS ini memainkan peranan penting dalam pelbagai IC analog & isyarat campuran. Transistor ini agak boleh disesuaikan, jadi berfungsi sebagai penguat, suis, atau a perintang . bukan transistor dikelaskan kepada dua jenis PMOS & NMOS. Jadi, artikel ini membincangkan gambaran keseluruhan transistor NMOS – fabrikasi, litar & kerja.
Apakah Transistor NMOS?
Transistor NMOS (separa pengalir logam-oksida saluran-n) ialah satu jenis transistor di mana dopan jenis-n digunakan di rantau pintu. Voltan positif (+ve) pada terminal get menghidupkan peranti. Transistor ini digunakan terutamanya dalam CMOS reka bentuk (separa pengalir logam-oksida pelengkap) & juga dalam logik & cip memori. Berbanding dengan transistor PMOS, transistor ini sangat laju, jadi lebih banyak transistor boleh diletakkan pada satu cip. Simbol transistor NMOS ditunjukkan di bawah.
Bagaimana Transistor NMOS Berfungsi?
Kerja transistor NMOS ialah; apabila transistor NMOS menerima voltan yang tidak boleh diabaikan maka ia membentuk litar tertutup yang bermaksud sambungan dari terminal punca ke longkang berfungsi sebagai wayar. Jadi arus mengalir dari terminal get ke punca. Begitu juga apabila transistor ini menerima voltan lebih kurang 0V maka ia membentuk litar terbuka yang bermaksud sambungan dari terminal punca ke longkang akan terputus, maka arus mengalir dari terminal get ke longkang.
Keratan Rentas Transistor NMOS
Secara amnya, transistor NMOS hanya dibina dengan badan jenis p oleh dua kawasan semikonduktor jenis-n yang bersebelahan dengan pintu yang dikenali sebagai punca & longkang. Transistor ini mempunyai pintu kawalan yang mengawal aliran elektron antara punca & terminal longkang.
Dalam transistor ini, kerana badan transistor dibumikan, persimpangan PN punca & longkang ke arah badan adalah pincang songsang. Jika voltan pada terminal get meningkat, medan elektrik akan mula meningkat dan menarik elektron bebas ke pangkalan antara muka Si-SiO2.
Setelah voltan cukup tinggi, maka elektron akan mengisi semua lubang & kawasan nipis di bawah pintu gerbang yang dikenali sebagai saluran akan terbalik untuk berfungsi sebagai semikonduktor jenis-n. Ini akan mewujudkan lorong pengalir dari terminal sumber ke longkang dengan membenarkan pengaliran arus, jadi transistor akan dihidupkan. Jika terminal get dibumikan maka tiada arus mengalir dalam persimpangan pincang songsang jadi transistor akan dimatikan.
Litar Transistor NMOS
Reka bentuk get NOT menggunakan transistor PMOS dan NMOS ditunjukkan di bawah. Untuk mereka bentuk get NOT, kita perlu menggabungkan transistor pMOS & nMOS dengan menyambungkan transistor pMOS ke sumber & transistor nMOS ke tanah. Jadi litar akan menjadi contoh transistor CMOS pertama kami.
Get NOT ialah salah satu jenis get logik yang menghasilkan input terbalik sebagai output. Pintu ini juga dipanggil penyongsang. Jika input adalah '0', output terbalik akan menjadi '1'.
Apabila input adalah sifar, maka ia pergi ke transistor pMOS di atas & ke bawah ke transistor nMOS di bahagian bawah. Apabila nilai input '0' mencapai transistor pMOS, maka ia diterbalikkan kepada '1'. oleh itu, sambungan ke arah sumber dihentikan. Jadi ini akan menghasilkan nilai logik '1' jika sambungan ke arah longkang (GND) juga ditutup. Kami tahu bahawa transistor nMOS tidak akan menyongsangkan nilai input, oleh itu ia mengambil nilai sifar seperti sedia ada dan ia akan membuat litar terbuka ke longkang. Jadi, nilai satu logik dijana untuk get.
Begitu juga, jika nilai input ialah '1' maka nilai ini dihantar kepada kedua-dua transistor dalam litar di atas. Sebaik sahaja nilai '1' menerima transistor pMOS, maka ia akan terbalik kepada 'o'. akibatnya, sambungan ke arah sumber terbuka. Sebaik sahaja transistor nMOS menerima nilai '1, maka ia tidak akan terbalik. jadi, nilai input kekal sebagai satu. Sebaik sahaja satu nilai diterima oleh transistor nMOS, maka sambungan ke arah GND ditutup. Jadi ia akan menghasilkan logik‘0’ sebagai output.
Proses Fabrikasi
Terdapat banyak langkah yang terlibat dalam proses fabrikasi transistor NMOS. Proses yang sama boleh digunakan untuk transistor PMOS dan CMOS. Bahan yang paling kerap digunakan dalam fabrikasi ini adalah sama ada polysilicon atau logam. Langkah-langkah proses fabrikasi langkah demi langkah Transistor NMOS dibincangkan di bawah.
Langkah 1:
Lapisan wafer silikon nipis ditukar kepada bahan jenis P dengan hanya mendopan dengan bahan Boron.
Langkah 2:
Lapisan Sio2 tebal ditanam pada substrat jenis-p yang lengkap
Langkah 3:
Kini permukaannya disalut melalui photoresist pada lapisan Sio2 yang tebal.
Langkah 4:
Selepas itu, lapisan ini didedahkan kepada cahaya UV dengan topeng yang menerangkan kawasan di mana resapan akan berlaku bersama dengan saluran transistor.
Langkah 5:
Kawasan ini terukir bersama dengan Sio2 yang mendasari supaya permukaan wafer terdedah dalam tetingkap yang ditakrifkan melalui topeng.
Langkah 6:
Fotoresist sisa diasingkan & lapisan Sio2 nipis ditanam 0.1 mikrometer lazimnya pada seluruh muka cip. Seterusnya, polysilicon terletak pada ini untuk membentuk struktur pintu. Photoresist diletakkan pada lapisan polysilicon lengkap & mendedahkan cahaya ultraungu ke seluruh topeng2.
Langkah 7:
Dengan memanaskan wafer ke suhu maksimum, resapan dicapai & menghantar gas dengan kekotoran jenis-n yang dikehendaki seperti Fosfor.
Langkah 8:
Ketebalan satu mikrometer silikon dioksida ditanam di seluruh & bahan photoresist diletakkan di atasnya. Dedahkan cahaya ultraungu (UV) melalui topeng3 pada kawasan pilihan pintu, sumber & kawasan longkang terukir untuk membuat pemotongan sentuhan.
Langkah 9:
Kini logam seperti aluminium diletakkan di atas permukaan selebar satu mikrometernya. Sekali lagi bahan photoresist ditanam di seluruh logam & dedahkan kepada cahaya UV melalui mask4 yang merupakan bentuk terukir kepada reka bentuk interkoneksi wajib. Struktur NMOS akhir ditunjukkan di bawah.
Transistor PMOS Vs NMOS
Perbezaan antara transistor PMOS dan NMOS dibincangkan di bawah.
| Transistor PMOS | Transistor NMOS |
| Transistor PMOS bermaksud transistor logam-oksida-semikonduktor saluran P. | Transistor NMOS bermaksud transistor logam-oksida-separa pengalir saluran N. |
| Sumber & longkang dalam transistor PMOS hanya dibuat dengan semikonduktor jenis-n | Punca & longkang dalam transistor NMOS hanya dibuat dengan semikonduktor jenis p. |
| Substrat transistor ini dibuat dengan semikonduktor jenis-n | Substrat transistor ini dibuat dengan semikonduktor jenis p |
| Majoriti pembawa caj dalam PMOS adalah lubang. | Majoriti pembawa cas dalam NMOS adalah elektron. |
| Berbanding dengan NMOS, peranti PMOS tidak lebih kecil. | Peranti NMOS agak kecil berbanding peranti PMOS. |
| Peranti PMOS tidak boleh ditukar lebih pantas berbanding peranti NMOS. | Berbanding dengan peranti PMOS, peranti NMOS boleh ditukar dengan lebih pantas. |
| Transistor PMOS akan mengalir sebaik sahaja voltan rendah disediakan ke pintu pagar. | Transistor NMOS akan mengalir sebaik sahaja voltan tinggi disediakan ke pintu pagar. |
| Ini lebih kebal terhadap bunyi bising. | Berbanding dengan PMOS, ini tidak kebal kepada bunyi bising. |
| Voltan ambang (Vth) transistor ini ialah kuantiti negatif. | Voltan ambang (Vth) transistor ini ialah kuantiti positif. |
Ciri-ciri
The Ciri-ciri I-V transistor NMOS ditunjukkan di bawah. Voltan antara get & terminal punca 'V GS ' & juga antara sumber & longkang 'V DS '. Jadi, lengkung antara I DS dan V DS dicapai dengan hanya membumikan terminal sumber, menetapkan nilai VGS awal & menyapu V DS daripada '0' kepada nilai voltan DC tertinggi yang diberikan oleh V DD apabila melangkah ke V GS nilai dari '0' hingga V DD . Jadi untuk V yang sangat rendah GS , saya DS adalah sangat kecil & akan mempunyai arah aliran linear. Apabila V GS nilai menjadi tinggi, maka saya DS meningkatkan & akan mempunyai pergantungan di bawah pada V GS & DALAM DS ;
Jika V GS adalah kurang daripada atau sama dengan V TH , maka transistor berada dalam keadaan OFF & berfungsi seperti litar terbuka.
Jika V GS lebih besar daripada V TH , maka terdapat dua mod pengendalian.
Jika V DS adalah kurang daripada V GS - DALAM TH , maka transistor berfungsi dalam mod linear, dan berfungsi sebagai rintangan (R HIDUP ).
IDS = u eff C lembu W/L [(V GS - DALAM TH )DALAM DS – ½ V DS ^2]
di mana,
'µeff' ialah mobiliti berkesan pembawa caj.
'COX' ialah kemuatan pintu oksida bagi setiap unit luas.
W & L ialah lebar & panjang saluran yang sepadan. R HIDUP nilai hanya dikawal oleh voltan pintu berikut sebagai;
R HIDUP = 1/dalam n C lembu W/L [(V GS - DALAM TH )DALAM DS – ½ V DS ^2]
Jika VDS lebih besar daripada atau sama dengan V GS - DALAM TH , maka transistor berfungsi dalam mod tepu
saya DS = u n C lembu W/L [(V GS - DALAM TH )^2 (1+λ V DS ]
Di rantau ini, apabila saya DS adalah lebih tinggi, maka arus bergantung secara minimum pada V DS nilai, bagaimanapun, nilai tertingginya hanya dikawal melalui VGS. Modulasi panjang saluran 'λ' menyumbang untuk kenaikan dalam IDS dengan peningkatan dalam VDS dalam transistor, kerana cubitan. Pinch-off ini berlaku apabila kedua-dua V DS dan V GS tentukan corak medan elektrik berhampiran dengan kawasan longkang, sekali gus mengubah arah pembawa cas bekalan semula jadi. Kesan ini mengurangkan panjang saluran yang cekap & meningkatkan I DS . Sebaik-baiknya, 'λ' bersamaan dengan '0' supaya I DS adalah bebas sepenuhnya daripada V DS nilai dalam kawasan tepu.
Oleh itu, ini semua tentang gambaran keseluruhan NMOS transistor – fabrikasi dan litar dengan kerja. Transistor NMOS memainkan peranan penting dalam melaksanakan get logik serta litar digital lain yang berbeza. Ini ialah litar mikroelektronik yang digunakan terutamanya dalam reka bentuk litar logik, cip memori & dalam reka bentuk CMOS. Aplikasi transistor NMOS yang paling popular ialah suis dan penguat voltan. Berikut adalah soalan untuk anda, apakah transistor PMOS?
