Металлооксидный полупроводниковый транзистор или МОП-транзистор является основным строительным блоком логических микросхем, процессоров и современных цифровых запоминающих устройств. Это устройство с мажоритарной несущей, в котором ток в проводящем канале между истоком и стоком модулируется приложенным напряжением к затвору. Этот МОП-транзистор играет ключевую роль в различных аналоговых и смешанных ИС. Этот транзистор легко адаптируется, поэтому он работает как усилитель, переключатель или резистор . нет транзисторы подразделяются на два типа PMOS и NMOS. Итак, в этой статье рассматривается обзор NMOS-транзистор - изготовление, схема и работа.
Что такое NMOS-транзистор?
Транзистор NMOS (n-канальный металл-оксид-полупроводник) представляет собой один тип транзистора, в котором в области затвора используются примеси n-типа. Положительное (+ve) напряжение на клемме затвора включает устройство. Этот транзистор в основном используется в КМОП (комплементарный металл-оксид-полупроводник), а также в микросхемах логики и памяти. По сравнению с транзистором PMOS, этот транзистор очень быстродействующий, поэтому на одном кристалле можно разместить больше транзисторов. Символ транзистора NMOS показан ниже.
Как работает транзистор NMOS?
Работа транзистора NMOS; когда NMOS-транзистор получает незначительное напряжение, он образует замкнутую цепь, что означает, что соединение от клеммы истока к стоку работает как провод. Таким образом, ток течет от клеммы затвора к истоку. Точно так же, когда на этот транзистор подается напряжение примерно 0 В, он образует разомкнутую цепь, что означает, что соединение между клеммой истока и стоком будет разорвано, поэтому ток течет от клеммы затвора к стоку.
Поперечное сечение транзистора NMOS
Как правило, NMOS-транзистор просто состоит из корпуса p-типа с двумя полупроводниковыми областями n-типа, которые примыкают к затвору, известному как исток и сток. Этот транзистор имеет управляющий затвор, который управляет потоком электронов между выводами истока и стока.
В этом транзисторе, поскольку корпус транзистора заземлен, PN-переходы истока и стока по направлению к корпусу смещены в обратном направлении. Если напряжение на выводе затвора увеличить, электрическое поле начнет увеличиваться и притянет свободные электроны к основанию интерфейса Si-SiO2.
Как только напряжение становится достаточно высоким, электроны заполняют все отверстия, а тонкая область под затвором, известная как канал, инвертируется, чтобы работать как полупроводник n-типа. Это создаст проводящую полосу от клеммы истока к стоку, позволяя протекать току, поэтому транзистор будет включен. Если клемма затвора заземлена, то в переходе с обратным смещением ток не течет, поэтому транзистор будет выключен.
NMOS-транзисторная схема
Ниже показана конструкция затвора НЕ с использованием транзисторов PMOS и NMOS. Чтобы спроектировать вентиль НЕ, нам нужно объединить транзисторы pMOS и nMOS, подключив транзистор pMOS к истоку, а транзистор nMOS к земле. Итак, схема будет нашим первым примером КМОП-транзистора.
Вентиль НЕ — это один из типов логических вентилей, который генерирует инвертированный вход как выход. Этот вентиль также называют инвертором. Если на входе «0», на инвертированном выходе будет «1».
Когда вход равен нулю, он поступает на pMOS-транзистор сверху и вниз на nMOS-транзистор снизу. Как только входное значение «0» достигает транзистора pMOS, оно инвертируется в «1». таким образом, соединение с источником прекращается. Таким образом, это будет генерировать значение логической «1», если соединение со стоком (GND) также закрыто. Мы знаем, что nMOS-транзистор не будет инвертировать входное значение, поэтому он принимает нулевое значение как есть и создаст разомкнутую цепь на стоке. Таким образом, для вентиля генерируется значение логической единицы.
Точно так же, если входное значение равно «1», то это значение отправляется на оба транзистора в приведенной выше схеме. Как только значение «1» получает транзистор pMOS, оно инвертируется в «o». в результате соединение с источником открыто. Как только транзистор nMOS получает значение «1», он не будет инвертирован. поэтому входное значение остается одним. Как только nMOS-транзистор принимает одно значение, соединение с GND закрывается. Таким образом, он будет генерировать логический «0» в качестве выхода.
Процесс изготовления
Процесс изготовления NMOS-транзистора включает в себя множество этапов. Тот же процесс можно использовать для транзисторов PMOS и CMOS. Наиболее часто используемым материалом в этом изготовлении является либо поликремний, либо металл. Пошаговые этапы процесса изготовления NMOS-транзистора обсуждаются ниже.
Шаг 1:
Тонкий слой кремниевой пластины превращается в материал P-типа простым легированием материалом бора.
Шаг 2:
Толстый слой Sio2 выращен на полной подложке p-типа.
Шаг 3:
Теперь поверхность покрыта фоторезистом на толстом слое Sio2.
Шаг 4:
Затем этот слой подвергается воздействию УФ-света с маской, описывающей те области, в которые должна происходить диффузия совместно с каналами транзистора.
Шаг 5:
Эти области вытравливаются вместе с нижележащим Sio2, так что поверхность пластины открывается в пределах окна, определенного через маску.
Шаг 6:
Остаточный фоторезист отделяется и наносится тонкий слой Sio2 толщиной 0,1 микрометра, как правило, по всей поверхности чипа. Затем на него наносится поликремний, формирующий затворную структуру. Фоторезист помещается на весь слой поликремния и подвергает ультрафиолетовому излучению всю маску2.
Шаг 7:
Нагревая пластину до максимальной температуры, достигается диффузия и пропускание газа с желаемыми примесями n-типа, такими как фосфор.
Шаг 8:
По всему периметру наращивается слой диоксида кремния толщиной в один микрометр, и на него наносится фоторезистивный материал. Облучайте ультрафиолетовым светом (УФ) через маску3 на предпочтительных участках затвора, области истока и стока выгравированы, чтобы сделать контактные вырезы.
Шаг 9:
Теперь металл, подобный алюминию, помещается на его поверхность толщиной в один микрометр. Еще раз фоторезистивный материал выращивается по всему металлу и подвергается воздействию УФ-излучения через маску 4, которая представляет собой вытравленную форму обязательного дизайна межсоединений. Окончательная структура NMOS показана ниже.
PMOS против транзистора NMOS
Разница между транзисторами PMOS и NMOS обсуждается ниже.
| ПМОП-транзистор | НМОП-транзистор |
| Транзистор PMOS означает P-канальный металлооксидно-полупроводниковый транзистор. | Транзистор NMOS расшифровывается как N-канальный металлооксидно-полупроводниковый транзистор. |
| Исток и сток в транзисторах PMOS просто сделаны из полупроводников n-типа. | Исток и сток в транзисторе NMOS просто сделаны из полупроводников р-типа. |
| Подложка этого транзистора выполнена из полупроводника n-типа. | Подложка этого транзистора выполнена из полупроводника p-типа. |
| Большинство носителей заряда в ПМОП представляют собой дырки. | Большинство носителей заряда в NMOS являются электронами. |
| По сравнению с NMOS устройства PMOS не меньше. | Устройства NMOS значительно меньше по сравнению с устройствами PMOS. |
| Устройства PMOS не могут переключаться быстрее, чем устройства NMOS. | По сравнению с устройствами PMOS, устройства NMOS можно переключать быстрее. |
| Транзистор PMOS будет проводить, как только на затвор подается низкое напряжение. | Транзистор NMOS будет проводить, как только на затвор подается высокое напряжение. |
| Они более устойчивы к шуму. | По сравнению с PMOS они не защищены от шума. |
| Пороговое напряжение (Vth) этого транзистора является отрицательной величиной. | Пороговое напряжение (Vth) этого транзистора является положительной величиной. |
Характеристики
ВАХ транзистора NMOS показаны ниже. Напряжение между затвором и клеммами истока ‘V GS ’, а также между истоком и стоком ‘V ДС ’. Итак, кривые между I ДС и В ДС достигаются простым заземлением клеммы источника, установкой начального значения VGS и изменением V ДС от «0» до самого высокого значения напряжения постоянного тока, заданного V ДД при переходе на V GS значение от «0» до V ДД . Таким образом, для чрезвычайно низкого V GS , я ДС чрезвычайно малы и будут иметь линейный тренд. Когда В GS значение становится высоким, то я ДС улучшает и будет иметь следующую зависимость от V GS & В ДС ;
Если В GS меньше или равно V TH , то транзистор находится в выключенном состоянии и работает как разомкнутая цепь.
Если В GS больше, чем V TH , то есть два режима работы.
Если В ДС меньше, чем V GS - В TH , то транзистор работает в линейном режиме и выступает как сопротивление (R НА ).
ИДС = и эфф С бык Вт/Д [(В GS - В TH )В ДС – ½ В ДС ^2]
Где,
µeff – эффективная подвижность носителя заряда.
«COX» — это емкость оксида затвора на единицу площади.
W и L — ширина и длина канала соответственно. Р НА значение просто контролируется напряжением затвора следующим образом;
р ВКЛ = 1/дюйм н С бык Вт/Д [(В GS - В TH )В ДС – ½ В ДС ^2]
Если VDS больше или равно V GS - В TH , то транзистор работает в режиме насыщения
я ДС = ты н С бык Вт/Д [(В GS - В TH )^2 (1+λ V ДС ]
В этом районе, когда я ДС выше, то ток минимально зависит от V ДС значение, однако его максимальное значение просто контролируется через VGS. Модуляция длины канала «λ» объясняет увеличение IDS за счет увеличения VDS в транзисторах из-за отсечки. Это отключение происходит, когда оба V ДС и В GS определить картину электрического поля вблизи области стока, тем самым изменив естественное направление носителей заряда питания. Этот эффект сокращает эффективную длину канала и увеличивает I ДС . В идеале «λ» эквивалентно «0», так что я ДС полностью не зависит от V ДС значение в области насыщения.
Таким образом, это все о обзор NMOS транзистор – изготовление и схема с работой. Транзистор NMOS играет ключевую роль в реализации логических элементов, а также других различных цифровых схем. Это микроэлектронная схема, в основном используемая при разработке логических схем, микросхем памяти и в конструкции КМОП. Наиболее популярными приложениями транзисторов NMOS являются переключатели и усилители напряжения. Вот вопрос к вам, что такое транзистор PMOS?
