NMOS Transistör : Çalışma, Devre, Üretim ve Özellikleri

Metal oksit yarı iletken transistör veya MOS transistör, mantık çiplerinde, işlemcilerde ve modern dijital belleklerde temel bir yapı taşıdır. Kaynak ve tahliye arasındaki iletken bir kanal içindeki akımın kapıya uygulanan bir voltajla modüle edildiği çoğunluk taşıyıcı bir cihazdır. Bu MOS transistörü, çeşitli analog ve karışık sinyal IC'lerinde önemli bir rol oynar. Bu transistör oldukça uyarlanabilir, bu nedenle bir amplifikatör, bir anahtar veya bir anahtar olarak işlev görür. direnç . olumsuzluk transistörler PMOS ve NMOS olmak üzere iki tipte sınıflandırılır. Bu nedenle, bu makale genel bir bakışı tartışıyor NMOS transistörü – imalat, devre ve çalışma.

NMOS Transistör nedir?

Bir NMOS (n-channel metal-oxide semiconductor) transistörü, geçit bölgesinde n-tipi katkı maddelerinin kullanıldığı bir transistör tipidir. Kapı terminalinde pozitif (+ve) voltaj cihazı açar. Bu transistör esas olarak kullanılır CMOS (tamamlayıcı metal oksit yarı iletken) tasarım ve ayrıca mantık ve bellek yongalarında. PMOS transistörü ile karşılaştırıldığında, bu transistör çok daha hızlıdır, dolayısıyla tek bir çipe daha fazla transistör yerleştirilebilir. NMOS transistör sembolü aşağıda gösterilmiştir.

NMOS Transistör Nasıl Çalışır?

NMOS transistörünün çalışma prensibi; NMOS transistörü ihmal edilemez bir voltaj aldığında, kapalı bir devre oluşturur, bu da kaynak terminalinden tahliyeye olan bağlantının bir tel gibi çalıştığı anlamına gelir. Böylece akım, kapı terminalinden kaynağa akar. Benzer şekilde, bu transistör yaklaşık 0V'luk bir voltaj aldığında, bir açık devre oluşturur, bu da kaynak terminalden tahliyeye olan bağlantının kesileceği anlamına gelir, böylece akım geçit terminalinden tahliyeye akar.

NMOS Transistörün Kesiti

Genel olarak, bir NMOS transistörü, kaynak ve boşaltma olarak bilinen kapıya bitişik iki n-tipi yarı iletken bölge tarafından basitçe p-tipi bir gövde ile inşa edilir. Bu transistör, kaynak ve boşaltma terminalleri arasındaki elektron akışını kontrol eden bir kontrol kapısına sahiptir.

Bu transistörde, transistörün gövdesi topraklı olduğundan, kaynak ve gövdeye doğru drenin PN bağlantıları ters kutuplanmıştır. Kapı terminalindeki voltaj artarsa, bir elektrik alanı artmaya başlayacak ve serbest elektronları Si-SiO2 arayüzünün tabanına çekecektir.

Voltaj yeterince yüksek olduğunda, elektronlar tüm delikleri doldurur ve geçidin altındaki kanal olarak bilinen ince bir bölge, n-tipi bir yarı iletken olarak çalışmak üzere ters çevrilir. Bu, akım akışına izin vererek kaynak terminalinden drenaja bir iletken şerit oluşturacak, böylece transistör AÇIK konuma getirilecektir. Kapı terminali topraklanmışsa, ters kutuplu bağlantıda hiçbir akım akmaz, bu nedenle transistör KAPALI konuma getirilir.

NMOS Transistör Devresi

PMOS ve NMOS transistörlerini kullanan NOT kapısı tasarımı aşağıda gösterilmiştir. Bir NOT kapısı tasarlamak için, kaynağa bir pMOS transistör ve toprağa bir nMOS transistör bağlayarak pMOS ve nMOS transistörlerini birleştirmeliyiz. Yani devre bizim ilk CMOS transistör örneğimiz olacak.

NOT kapısı, çıkış olarak ters bir giriş üreten bir tür mantık kapısıdır. Bu kapıya invertör de denir. Giriş '0' ise, ters çevrilmiş çıkış '1' olacaktır.

Giriş sıfır olduğunda, üstteki pMOS transistörüne ve alttaki nMOS transistörüne gider. '0' giriş değeri pMOS transistörüne ulaştığında, '1'e çevrilir. böylece kaynağa yönelik bağlantı durdurulur. Dolayısıyla, tahliyeye (GND) yönelik bağlantı da kapalıysa, bu bir mantık '1' değeri üretecektir. nMOS transistörün giriş değerini tersine çevirmeyeceğini, dolayısıyla sıfır değerini olduğu gibi alıp gidere açık devre yapacağını biliyoruz. Böylece kapı için mantıksal bir değer üretilir.

Benzer şekilde giriş değeri '1' ise bu değer yukarıdaki devredeki her iki transistöre gönderilir. '1' değeri pMOS transistörünü aldığında, 'o' değerine ters çevrilir. sonuç olarak, kaynağa yönelik bağlantı açıktır. nMOS transistörü '1 değerini aldığında, ters çevrilmeyecektir. bu nedenle, giriş değeri bir olarak kalır. nMOS transistörü tarafından bir değer alındığında, GND'ye olan bağlantı kapatılır. Böylece çıkış olarak bir mantık '0' üretecektir.

Üretim süreci

NMOS transistör üretim sürecinde yer alan birçok adım vardır. Aynı işlem PMOS ve CMOS transistörler için kullanılabilir. Bu imalatta en sık kullanılan malzeme ya polisilikon ya da metaldir. NMOS Transistörün adım adım üretim süreci adımları aşağıda tartışılmaktadır.

Aşama 1:

İnce bir silikon gofret tabakası, basitçe Boron malzemesi ile doplanarak P-tipi malzemeye dönüştürülür.

Adım 2:

Tam bir p-tipi substrat üzerinde kalın bir Sio2 katmanı büyütülür

Aşama 3:

Şimdi yüzey, kalın Sio2 tabakası üzerinde bir fotorezist ile kaplanmıştır.

Adım 4:

Daha sonra bu katman, transistör kanalları ile birlikte difüzyonun gerçekleşeceği bölgeleri tanımlayan bir maske ile UV ışığına maruz bırakılır.

Adım 5:

Bu bölgeler, alttaki Sio2 ile karşılıklı olarak kazınır, böylece gofretin yüzeyi, maske aracılığıyla tanımlanan pencere içinde açığa çıkar.

Adım 6:

Artık fotodirenç ayrılır ve ince Sio2 katmanı tipik olarak çipin tüm yüzeyi üzerinde 0,1 mikrometre büyütülür. Daha sonra, kapı yapısını oluşturmak için bunun üzerine polisilikon yerleştirilir. Tam polisilikon katmanın üzerine bir fotorezist yerleştirilir ve maske boyunca ultraviyole ışık açığa çıkar2.

Adım 7:

Gofreti maksimum sıcaklığa ısıtarak, difüzyonlar elde edilir ve Fosfor gibi istenen n-tipi safsızlıklarla gaz geçirilir.

Adım 8:

Her yerinde bir mikrometre kalınlığında silikon dioksit büyütülür ve üzerine fotorezist malzeme yerleştirilir. Kapı, kaynak ve tahliye bölgelerinin tercih edilen bölgelerindeki maske3 yoluyla ultraviyole ışığı (UV) açığa çıkarın ve temas kesimlerini yapmak için oyulmuşlardır.

Adım 9:

Şimdi bir mikrometre genişliğindeki yüzeyinin üzerine alüminyum benzeri bir metal yerleştirilmiştir. Bir kez daha fotorezist bir malzeme metalin her yerine büyütülür ve zorunlu ara bağlantı tasarımına kazınmış bir form olan mask4 yoluyla UV ışığına maruz bırakılır. Nihai NMOS yapısı aşağıda gösterilmiştir.

PMOS ve NMOS Transistör

PMOS ve NMOS transistörleri arasındaki fark aşağıda tartışılmaktadır.

Özellikler

bu NMOS transistörünün IV özellikleri aşağıda gösterilmiştir. Kapı ve kaynak terminalleri 'V arasındaki voltaj _GS ' & ayrıca kaynak ve tahliye arasında 'V _DS '. Yani, I arasındaki eğriler _DS ve V _DS kaynağın terminalini basitçe topraklayarak, bir başlangıç ​​VGS değeri ayarlayarak ve V süpürerek elde edilir. _DS '0'dan V tarafından verilen en yüksek DC voltaj değerine _DD V'ye adım atarken _GS '0' ile V arasındaki değer _DD . Yani son derece düşük V için _GS , ben _DS son derece küçüktür ve doğrusal bir eğilime sahip olacaktır. V ne zaman _GS değer yükselir, sonra ben _DS geliştirir ve V'ye aşağıdaki bağımlılığa sahip olur _GS & İÇİNDE _DS ;

V ise _GS V'den küçük veya eşittir _TH , o zaman transistör KAPALI durumdadır ve açık devre gibi çalışır.

V ise _GS V'den büyük _TH , ardından iki çalışma modu vardır.

V ise _DS V'den küçük _GS - İÇİNDE _TH , daha sonra transistör doğrusal modda çalışır ve bir direnç olarak çalışır (R _ÜZERİNDE ).

IDS = sen _etkili C _öküz W/L [(V _GS - İÇİNDE _TH )İÇİNDE _DS – ½ V _DS ^2]

Nereye,

'µeff', yük taşıyıcının etkili hareketliliğidir.

'COX', her birim alan için kapı oksit kapasitansıdır.

W & L, sırasıyla kanalın genişliği ve uzunluğudur. R _ÜZERİNDE değer basitçe aşağıdaki gibi kapının voltajı tarafından kontrol edilir;

R _{AÇIK =} 1/inç _n C _öküz W/L [(V _GS - İÇİNDE _TH )İÇİNDE _DS – ½ V _DS ^2]

VDS, V'den büyük veya eşitse _GS - İÇİNDE _TH , daha sonra transistör doygunluk modunda çalışır

ben _DS = sen _n C _öküz W/L [(V _GS - İÇİNDE _TH )^2 (1+λV _DS ]

Ben bu bölgedeyken _DS daha yüksekse, akım minimum olarak V'ye bağlıdır. _DS değeri, ancak en yüksek değeri basitçe VGS aracılığıyla kontrol edilir. Kanal uzunluğu modülasyonu 'λ', sıkışma nedeniyle transistörlerde VDS içindeki bir artışla IDS içindeki artışı açıklar. Bu Kıstırma, her iki V _DS ve V _GS boşaltma bölgesine yakın elektrik alan modeline karar verin, böylece doğal besleme yükü taşıyıcılarının yönünü değiştirin. Bu etki verimli kanalın uzunluğunu azaltır ve I artırır _DS . İdeal olarak, 'λ', '0'a eşdeğerdir, böylece ben _DS V'den tamamen bağımsızdır _DS doygunluk bölgesi içindeki değer.

Böylece, her şey bununla ilgili NMOS'a genel bakış transistör – fabrikasyon ve çalışan devre. NMOS transistörü, diğer farklı dijital devrelerin yanı sıra mantık kapılarının uygulanmasında da önemli bir rol oynar. Bu, temel olarak mantık devrelerinin, bellek yongalarının ve CMOS tasarımının tasarımında kullanılan bir mikroelektronik devredir. NMOS transistörlerin en popüler uygulamaları, anahtarlar ve voltaj yükselteçleridir. İşte size bir soru, PMOS transistörü nedir?