PMOS Transistör : Çalışma, Üretim, Kesit ve Özellikleri

MOS transistörü, büyük ölçekli entegre devre tasarımındaki en temel unsurdur. Bu transistörler genellikle iki tip PMOS ve NMOS olarak sınıflandırılır. NMOS ve PMOS transistörlerinin kombinasyonu, CMOS transistörü . Farklı olan mantık kapıları & uygulanan diğer dijital mantık cihazları PMOS mantığına sahip olmalıdır. Bu teknoloji ucuzdur ve girişime karşı iyi bir dirence sahiptir. Bu makalede, bir PMOS transistörü gibi MOS transistör türlerinden biri tartışılmaktadır.

PMOS Transistör nedir?

PMOS transistörü veya P-kanalı metal oksit yarı iletkeni, kanal veya geçit bölgesinde p-tipi katkı maddelerinin kullanıldığı bir tür transistördür. Bu transistör, NMOS Transistörün tam tersidir. Bu transistörlerin üç ana terminali vardır; transistörün kaynağının p tipi bir alt tabaka ile tasarlandığı kaynak, kapı ve tahliye ve tahliye terminalinin bir n tipi alt tabaka ile tasarlandığı yer. Bu transistörde, akımın iletilmesinden delikler gibi yük taşıyıcılar sorumludur. PMOS transistör sembolleri aşağıda gösterilmiştir.

PMOS Transistörü Nasıl Çalışır?

P-tipi transistörün çalışması, n-tipi transistöre oldukça zıttır. Bu transistör, ihmal edilemez bir voltaj aldığında bir açık devre oluşturacaktır, yani kapı (G) terminalinden kaynağa (S) elektrik akışı yoktur. Benzer şekilde, bu transistör 0 volt civarında bir voltaj aldığında kapalı bir devre oluşturur, bu da akımın kapı (G) terminalinden boşaltma (D) terminaline aktığı anlamına gelir.

Bu balon aynı zamanda inversiyon balonu olarak da bilinir. Dolayısıyla bu dairenin ana işlevi, giriş voltajı değerini ters çevirmektir. Kapı terminali 1 voltajı sağlıyorsa, bu evirici bunu sıfıra çevirecek ve devreyi buna göre çalıştıracaktır. Dolayısıyla, PMOS transistörünün ve NMOS transistörünün işlevi oldukça zıttır. Bunları tek bir MOS devresinde birleştirdiğimizde, bu bir CMOS (tamamlayıcı metal oksit yarı iletken) devresi olacaktır.

PMOS Transistörün Kesiti

PMOS transistörünün kesiti aşağıda gösterilmiştir. Bir pMOS transistörü, kapıya bitişik iki p-tipi yarı iletken bölge içeren n-tipi bir gövde ile inşa edilmiştir. Bu transistör, şemada gösterildiği gibi, kaynak ve boşaltma gibi iki terminal arasındaki elektron akışını kontrol eden bir kontrol kapısına sahiptir. pMOS transistörde gövde +ve gerilimde tutulur. Geçit terminali pozitif olduğunda, kaynak ve tahliye terminalleri ters kutupludur. Bu olduğunda, akım akışı olmaz, bu nedenle transistör KAPALI konuma getirilir.

Geçit terminalindeki voltaj beslemesi düşürüldüğünde, pozitif yük taşıyıcıları Si-SiO2 arayüzünün tabanına çekilecektir. Voltaj yeterince düştüğünde, kanal ters çevrilir ve akım akışına izin vererek kaynak terminalinden gidere giden bir iletken yol oluşturur.

Bu transistörler ne zaman dijital mantıkla uğraşsa, genellikle sadece 1 & 0 (AÇIK ve KAPALI) gibi iki farklı değer vardır. Transistörün pozitif voltajı, dijital devrelerde mantık yüksek (1) değerini temsil eden VDD olarak bilinir. VDD voltaj seviyeleri TTL mantığı genellikle 5V civarındaydı. Şu anda transistörler, tipik olarak 1,5V - 3,3V arasında değiştiği için bu kadar yüksek voltajlara gerçekten dayanamazlar. Düşük voltaj genellikle GND veya VSS olarak bilinir. Böylece VSS, '0' mantığını belirtir ve ayrıca normalde 0V olarak ayarlanır.

PMOS Transistör Devresi

PMOS transistör ve NMOS transistör kullanan NAND kapısı tasarımı aşağıda gösterilmiştir. Genel olarak, dijital elektronikte bir NAND kapısı, aynı zamanda NOT-AND kapısı olarak da adlandırılan bir mantık kapısıdır. Bu geçidin çıkışı, yalnızca iki giriş yüksekse (1) düşük (0) olur ve çıkışı bir AND kapısının tamamlayıcısıysa. İki girişten herhangi biri DÜŞÜK (0) ise, yüksek çıkış sonuçları verir.

Aşağıdaki mantık devresinde, A girişi 0 ve B 0 ise, pMOS'un A girişi '1' üretecek ve nMOS'un A girişi '0' üretecektir. Dolayısıyla, bu mantık geçidi, kaynağa kapalı bir devre ile bağlı olduğu ve bir açık devre aracılığıyla GND'den ayrıldığı için mantıksal bir '1' üretir.

A '0' ve B' '1' olduğunda, pMOS'un A girişi '1' üretecek ve NMOS'un A girişi '0' üretecektir. Böylece bu kapı, kaynağa kapalı devre üzerinden bağlı olduğu ve açık devre ile GND'den ayrıldığı için mantıksal bir kapı üretecektir. A '1' ve B '0' olduğunda, pMOS'un 'B' girişi yüksek çıkış (1) üretecek ve NMOS'un 'B' girişi düşük (0) çıkış üretecektir. Dolayısıyla, bu mantık kapısı bir mantıksal 1 üretecektir çünkü kaynağa kapalı bir devre aracılığıyla bağlıdır ve GND'den bir açık devre ile ayrılmıştır.

A '1' ve B '1' olduğunda, pMOS'un A girişi sıfır üretecek ve nMOS'un A girişi '1' üretecektir. Sonuç olarak, pMOS & nMOS'un B girişini de doğrulamalıyız. pMOS'un B girişi bir '0' üretecek ve nMOS'un B girişi bir '1' üretecektir. Dolayısıyla, bu mantık kapısı, bir açık devre ile kaynaktan ayrıldığı ve bir kapalı devre aracılığıyla GND'ye bağlandığı için mantıksal bir '0' üretecektir.

Doğruluk tablosu

Yukarıdaki mantık devresinin doğruluk tablosu aşağıda verilmiştir.

PMOS Transistörünün eşik voltajı normalde, kanal inversiyonu olarak bilinen kanalı oluşturmak için gerekli olan 'Vgs'dir. Bir PMOS transistörde, substrat ve kaynak terminalleri basitçe 'Vdd'ye bağlanır. Vdd'den kanal inversiyonunu fark ettiğiniz bir noktaya kapı terminalindeki kaynak terminaline referansla gerilimi düşürmeye başlarsak, bu konumda Vgs & kaynağın yüksek potansiyelde olduğunu analiz ederseniz, o zaman negatif bir değer elde edersiniz. Dolayısıyla, PMOS transistörü negatif bir Vth değerine sahiptir.

PMOS Üretim Süreci

PMOS transistör imalatında yer alan adımlar aşağıda tartışılmaktadır.

Aşama 1:

İnce bir silikon gofret tabakası, basitçe fosfor malzemesinin katkılanmasıyla N-tipi malzemeye dönüştürülür.

Adım 2:

Tam bir p-tipi substrat üzerinde kalın bir Silikon dioksit (Sio2) tabakası büyütülür.

Aşama 3:

Şimdi yüzey, kalın silikon dioksit tabakası üzerine bir fotorezist ile kaplanmıştır.

Adım 4:

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

Adım 5:

Bu bölgeler, alttaki silikon dioksit ile karşılıklı olarak kazınır, böylece gofretin yüzeyi, maske tarafından tanımlanan pencere içinde açığa çıkar.

Adım 6:

Kalan fotodirenç ayrılır ve ince Sio2 katmanı, çipin tüm yüzeyi üzerinde tipik olarak 0,1 mikrometre büyütülür. Daha sonra bunun üzerine kapının yapısını oluşturmak için polisilikon yerleştirilir. Tüm polisilikon katmanın üzerine bir fotorezist yerleştirilir ve UV ışığını maske boyunca açığa çıkarır2.

Adım 7:

Difüzyonlar, levhanın maksimum sıcaklığa kadar ısıtılması ve Bor gibi istenen p-tipi safsızlıklarla gazın geçirilmesi yoluyla elde edilir.

Adım 8:

1 mikrometre kalınlığında bir silikon dioksit büyütülür ve üzerine fotorezist malzeme biriktirilir. Temas kesimlerini yapmak için kazınmış kapı, kaynak ve drenajın tercih edilen alanlarında maske3 ile ultraviyole ışığı açığa çıkarın.

Adım 9:

Şimdi 1 mikrometre kalınlığındaki yüzeyinde bir metal veya alüminyum biriktirilir. Yine metalin her yerine bir fotorezist malzeme büyütülür ve gerekli ara bağlantı tasarımını oluşturmak için kazınmış maske4 aracılığıyla UV ışığına maruz kalır. Nihai PMOS yapısı aşağıda gösterilmiştir.

PMOS Transistör Özellikleri

PMOS transistör I-V özellikleri aşağıda gösterilmiştir. Bu özellikler, drenajdan kaynağa akım (I DS) ile lineer ve doygunluk bölgeleri gibi uç gerilimleri arasındaki ilişkiyi elde etmek için iki bölgeye ayrılmıştır.

Lineer bir bölgede, IDS, VDS (kaynağa gerilime boşaltma) arttığında doğrusal olarak artacaktır, halbuki doygunluk bölgesinde, I DS sabittir ve VDS'den bağımsızdır. ISD (kaynaktan boşaltma akımına) ve uç gerilimleri arasındaki ana ilişki, NMOS transistörünün benzer bir prosedürüyle elde edilir. Bu durumda, tek değişiklik ters çevirme katmanında bulunan yük taşıyıcıların basitçe delikler olması olacaktır. Delikler kaynaktan tahliyeye hareket ettiğinde akım akışı da aynıdır.

Böylece, mevcut denklemde negatif işaret görünür. Ayrıca cihazın terminallerine uygulanan tüm biaslar negatiftir. Bu nedenle, PMOS transistörünün ID – VDS özellikleri aşağıda gösterilmiştir.
Doğrusal bölgedeki PMOS transistörü için boşaltma akımı denklemi şu şekilde verilir:

Kimlik = – mp Cox

Aynı şekilde, doyma bölgesindeki PMOS transistörü için Boşaltma akımı denklemi şu şekilde verilir:

ID = – mp Cox (VSG – | V TH |p )^2

'mp', deliğin hareketliliği ve '|VTH| p', PMOS transistörünün eşik voltajıdır.

Yukarıdaki denklemde, negatif işaret ID( drenaj akımı ) tahliyeden (D) kaynağa (S) akarken, delikler ters yönde akar. Elektron hareketliliğine kıyasla deliğin hareketliliği düşük olduğunda, PMOS transistörleri düşük akım sürücüsünün kapasitesinden zarar görür.

Bu nedenle, bu tamamen PMOS transistörüne veya p-tipi mos transistöre genel bir bakışla ilgilidir - fabrikasyon, devre ve çalışması. PMOS transistörler tasarlanmıştır bir p-kaynak, bir n-substrat ve drenaj ile. PMOS'un yük taşıyıcıları deliklerdir. Bu transistör, kapı terminaline düşük voltaj uygulandığında iletir. PMOS tabanlı cihazlar, NMOS cihazlara kıyasla parazite daha az eğilimlidir. Bu transistörler, voltaj kontrollü dirençler, aktif yükler, akım aynaları, trans-empedans yükselteçleri olarak kullanılabileceği gibi, anahtarlarda ve gerilim yükselticilerde de kullanılabilir. İşte size bir soru, NMOS transistör nedir?