Ang metal oxide semiconductor transistor o MOS transistor ay isang basic building block sa logic chips, processor, at modernong digital memory. Ito ay isang majority-carrier device, kung saan ang kasalukuyang nasa loob ng conducting channel sa pagitan ng source at ang drain ay na-modulate ng inilapat na boltahe sa gate. Ang MOS transistor na ito ay gumaganap ng mahalagang papel sa iba't ibang analog at mixed-signal IC. Ang transistor na ito ay medyo madaling ibagay, kaya gumagana bilang isang amplifier, switch, o a risistor . hindi mga transistor ay inuri sa dalawang uri ng PMOS at NMOS. Kaya, tinatalakay ng artikulong ito ang isang pangkalahatang-ideya ng NMOS transistor – katha, circuit at pagtatrabaho.
Ano ang isang NMOS Transistor?
Ang isang NMOS (n-channel metal-oxide semiconductor) transistor ay isang uri ng transistor kung saan ang mga n-type na dopant ay ginagamit sa rehiyon ng gate. Ang isang positibong (+ve) na boltahe sa terminal ng gate ay bubukas sa device. Ang transistor na ito ay pangunahing ginagamit sa CMOS (complementary metal-oxide semiconductor) na disenyo at gayundin sa logic at memory chips. Kung ikukumpara sa PMOS transistor, ang transistor na ito ay napakabilis, kaya mas maraming transistor ang maaaring ilagay sa isang chip. Ang simbolo ng transistor ng NMOS ay ipinapakita sa ibaba.
Paano Gumagana ang NMOS Transistor?
Ang gumagana ng NMOS transistor ay; kapag ang NMOS transistor ay nakatanggap ng isang hindi bale-wala na boltahe pagkatapos ito ay bumubuo ng isang closed circuit na nangangahulugan na ang koneksyon mula sa source terminal sa drain ay gumagana bilang isang wire. Kaya ang kasalukuyang dumadaloy mula sa terminal ng gate patungo sa pinagmulan. Katulad nito, kapag ang transistor na ito ay nakatanggap ng boltahe sa humigit-kumulang 0V pagkatapos ay bumubuo ito ng isang bukas na circuit na nangangahulugan na ang koneksyon mula sa source terminal patungo sa drain ay masisira, kaya ang kasalukuyang daloy mula sa gate terminal patungo sa drain.
Cross Section ng NMOS Transistor
Sa pangkalahatan, ang isang NMOS transistor ay itinayo lamang gamit ang isang p-type na katawan ng dalawang n-type na rehiyon ng semiconductor na katabi ng gate na kilala bilang ang pinagmulan at ang drain. Ang transistor na ito ay may controlling gate na kumokontrol sa daloy ng electron sa pagitan ng source at drain terminal.
Sa transistor na ito, dahil ang katawan ng transistor ay grounded, ang PN junctions ng source at drain patungo sa katawan ay reverse-biased. Kung ang boltahe sa terminal ng gate ay tumaas, ang isang electric field ay magsisimulang tumaas at umaakit ng mga libreng electron sa base ng interface ng Si-SiO2.
Kapag ang boltahe ay sapat na, pagkatapos ay pupunuin ng mga electron ang lahat ng mga butas at isang manipis na rehiyon sa ibaba ng gate na kilala bilang ang channel ay mababaligtad upang gumanap bilang isang n-type na semiconductor. Ito ay lilikha ng conducting lane mula sa source terminal hanggang sa drain sa pamamagitan ng pagpapahintulot sa daloy ng kasalukuyang, kaya ang transistor ay naka-ON. Kung ang terminal ng gate ay naka-ground, walang kasalukuyang dumadaloy sa reverse-biased junction kaya ang transistor ay naka-OFF.
NMOS Transistor Circuit
Ang disenyo ng NOT gate gamit ang PMOS at NMOS transistors ay ipinapakita sa ibaba. Upang magdisenyo ng NOT gate, kailangan nating pagsamahin ang pMOS at nMOS transistor sa pamamagitan ng pagkonekta ng pMOS transistor sa source at nMOS transistor sa ground. Kaya ang circuit ay ang aming unang halimbawa ng transistor ng CMOS.
Ang NOT gate ay isang uri ng logic gate na bumubuo ng isang baligtad na input bilang isang output. Ang gate na ito ay tinatawag ding inverter. Kung ang input ay '0', ang baligtad na output ay magiging '1'.
Kapag ang input ay zero, pagkatapos ay pupunta ito sa pMOS transistor sa itaas at pababa sa nMOS transistor sa ibaba. Kapag ang halaga ng input na '0' ay umabot sa pMOS transistor, pagkatapos ay ibabalik ito sa '1'. kaya, ang koneksyon patungo sa pinagmulan ay huminto. Kaya ito ay bubuo ng logic na '1' na halaga kung ang koneksyon patungo sa drain (GND) ay sarado din. Alam namin na ang nMOS transistor ay hindi mababaligtad ang halaga ng input, kaya ito ay tumatagal ng zero na halaga bilang ito ay at ito ay gagawa ng isang bukas na circuit sa alisan ng tubig. Kaya, ang isang lohikal na halaga ay nabuo para sa gate.
Katulad nito, kung ang halaga ng pag-input ay '1' kung gayon ang halagang ito ay ipapadala sa parehong mga transistor sa circuit sa itaas. Kapag natanggap na ng value na '1' ang pMOS transistor, mababalik ito sa isang 'o'. bilang resulta, ang koneksyon patungo sa pinagmulan ay bukas. Kapag natanggap ng nMOS transistor ang halagang '1, hindi na ito mababaligtad. kaya, ang halaga ng input ay nananatiling isa. Kapag ang isang halaga ay natanggap ng nMOS transistor, pagkatapos ay ang koneksyon patungo sa GND ay sarado. Kaya bubuo ito ng logic'0' bilang isang output.
Proseso ng Paggawa
Mayroong maraming mga hakbang na kasangkot sa proseso ng paggawa ng transistor ng NMOS. Ang parehong proseso ay maaaring gamitin para sa PMOS at CMOS transistors. Ang pinaka-madalas na ginagamit na materyal sa katha na ito ay alinman sa polysilicon o metal. Ang hakbang-hakbang na mga hakbang sa proseso ng paggawa ng NMOS Transistor ay tinalakay sa ibaba.
Hakbang 1:
Ang manipis na silicon wafer layer ay binago sa P-type na materyal sa pamamagitan lamang ng doping gamit ang Boron material.
Hakbang 2:
Ang isang makapal na layer ng Sio2 ay lumago sa isang kumpletong p-type na substrate
Hakbang 3:
Ngayon ang ibabaw ay pinahiran sa pamamagitan ng isang photoresist sa makapal na layer ng Sio2.
Hakbang 4:
Pagkatapos, ang layer na ito ay nakalantad sa UV light na may mask na naglalarawan sa mga rehiyon kung saan ang diffusion ay magaganap kasama ng mga transistor channel.
Hakbang 5:
Ang mga rehiyong ito ay kapwa nakaukit sa pinagbabatayan na Sio2 upang ang ibabaw ng wafer ay malantad sa loob ng window na tinukoy sa pamamagitan ng maskara.
Hakbang 6:
Ang natitirang photoresist ay pinaghihiwalay at ang manipis na Sio2 layer ay lumaki ng 0.1 micrometers na karaniwang sa buong mukha ng chip. Susunod, ang polysilicon ay matatagpuan dito upang mabuo ang istraktura ng gate. Isang photoresist ang inilalagay sa kumpletong polysilicon layer at inilalantad ang ultraviolet light sa buong mask2.
Hakbang 7:
Sa pamamagitan ng pag-init ng wafer sa pinakamataas na temperatura, nakakamit ang mga diffusion at nagpapasa ng gas na may gustong n-type na impurities tulad ng Phosphorous.
Hakbang 8:
Ang isang-micrometer na kapal ng silicon dioxide ay lumaki sa buong lugar at ang photoresist na materyal ay inilalagay dito. Ilantad ang ultraviolet light (UV) sa pamamagitan ng mask3 sa mga gustong rehiyon ng gate, source at drain region na nakaukit para maputol ang contact.
Hakbang 9:
Ngayon ang isang metal na tulad ng aluminyo ay inilalagay sa ibabaw ng isang-micrometer-width na ibabaw nito. Minsan pa, isang photoresist na materyal ang pinatubo sa buong metal at nakalantad sa UV light sa pamamagitan ng mask4 na isang nakaukit na anyo sa mandatoryong interconnection na disenyo. Ang panghuling istraktura ng NMOS ay ipinapakita sa ibaba.
PMOS vs NMOS Transistor
Ang pagkakaiba sa pagitan ng PMOS at NMOS transistors ay tinalakay sa ibaba.
| PMOS Transistor | NMOS Transistor |
| Ang PMOS transistor ay kumakatawan sa P-channel na metal-oxide-semiconductor transistor. | Ang NMOS transistor ay kumakatawan sa N-channel na metal-oxide-semiconductor transistor. |
| Ang pinagmulan at ang alisan ng tubig sa PMOS transistors ay ginawa lamang gamit ang n-type na semiconductors | Ang pinagmulan at ang alisan ng tubig sa NMOS transistor ay ginawa lamang gamit ang p-type semiconductors. |
| Ang substrate ng transistor na ito ay ginawa gamit ang isang n-type na semiconductor | Ang substrate ng transistor na ito ay ginawa gamit ang p-type semiconductor |
| Ang karamihan sa mga tagadala ng singil sa PMOS ay mga butas. | Ang karamihan ng mga tagadala ng singil sa NMOS ay mga electron. |
| Kung ikukumpara sa NMOS, ang mga PMOS device ay hindi mas maliit. | Ang mga aparatong NMOS ay medyo mas maliit kumpara sa mga aparatong PMOS. |
| Ang mga PMOS device ay hindi maaaring ilipat nang mas mabilis kumpara sa mga NMOS device. | Kung ikukumpara sa mga PMOS device, mas mabilis na mailipat ang mga NMOS device. |
| Magsasagawa ang PMOS transistor sa sandaling maibigay ang mababang boltahe sa gate. | Magsasagawa ang NMOS transistor sa sandaling maibigay ang mataas na boltahe sa gate. |
| Ang mga ito ay mas immune sa ingay. | Kung ikukumpara sa PMOS, ang mga ito ay hindi immune sa ingay. |
| Ang boltahe ng threshold (Vth) ng transistor na ito ay negatibong dami. | Ang threshold boltahe (Vth) ng transistor na ito ay isang positibong dami. |
Mga katangian
Ang I-V na mga katangian ng NMOS transistor ay ipinapakita sa ibaba. Ang boltahe sa pagitan ng gate at ng source terminal na 'V GS ' at sa pagitan din ng pinagmulan at alisan ng tubig 'V DS '. Kaya, ang mga kurba sa pagitan ng I DS at V DS ay makakamit sa pamamagitan lamang ng pag-ground sa terminal ng source, pagtatakda ng paunang halaga ng VGS at pagwawalis ng V DS mula sa '0' hanggang sa pinakamataas na halaga ng boltahe ng DC na ibinigay ng V DD kapag tinahak ang V GS halaga mula '0' hanggang V DD . Kaya para sa napakababang V GS , ang I DS ay napakaliit at magkakaroon ng linear na trend. Kapag ang V GS tumataas ang halaga, pagkatapos ay ako DS pinapahusay at magkakaroon ng dependency sa ibaba sa V GS & SA DS ;
Kung si V GS ay mas mababa sa o katumbas ng V TH , pagkatapos ang transistor ay nasa OFF na kondisyon at gumaganap tulad ng isang bukas na circuit.
Kung si V GS ay mas malaki kaysa sa V TH , pagkatapos ay mayroong dalawang operating mode.
Kung si V DS ay mas mababa sa V GS - SA TH , pagkatapos ay gumagana ang transistor sa linear mode, at gumaganap bilang isang pagtutol (R NAKA-ON ).
IDS = u eff C baka W/L [(V GS - SA TH )SA DS – ½ V DS ^2]
saan,
Ang 'µeff' ay ang epektibong mobility ng charge carrier.
Ang 'COX' ay ang kapasidad ng gate oxide para sa bawat unit area.
Ang W & L ay ang lapad at haba ng channel nang naaayon. Ang R NAKA-ON ang halaga ay kinokontrol lamang ng boltahe ng gate na sumusunod bilang;
R NAKA-ON = 1/in n C baka W/L [(V GS - SA TH )SA DS – ½ V DS ^2]
Kung ang VDS ay mas malaki sa o katumbas ng V GS - SA TH , pagkatapos ay gumagana ang transistor sa loob ng saturation mode
ako DS = u n C baka W/L [(V GS - SA TH )^2 (1+λ V DS ]
Sa rehiyong ito, noong ako DS ay mas mataas, kung gayon ang kasalukuyang ay nakadepende nang kaunti sa V DS halaga, gayunpaman, ang pinakamataas na halaga nito ay kontrolado lamang sa pamamagitan ng VGS. Ang channel length modulation na 'λ' ay tumutukoy sa pagtaas sa loob ng IDS ng pagtaas sa loob ng VDS sa mga transistor, dahil sa pinch-off. Ang Pinch-off na ito ay nangyayari kapag pareho silang V DS at V GS magpasya sa pattern ng electric field na malapit sa drain region, kaya nagbabago ang direksyon ng natural na supply charge carriers. Binabawasan ng epektong ito ang haba ng mahusay na channel at pinapataas ang I DS . Sa isip, ang 'λ' ay katumbas ng '0' upang ako DS ay ganap na independyente sa V DS halaga sa loob ng rehiyon ng saturation.
Kaya, ito ay tungkol sa lahat isang pangkalahatang-ideya ng isang NMOS transistor – katha at circuit na may gumagana. Ang NMOS transistor ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa pagpapatupad ng mga gate ng lohika pati na rin ang iba pang iba't ibang mga digital circuit. Ito ay isang microelectronic circuit na pangunahing ginagamit sa disenyo ng mga logic circuit, memory chips at sa disenyo ng CMOS. Ang pinakasikat na mga aplikasyon ng mga transistor ng NMOS ay mga switch at amplifier ng boltahe. Narito ang isang katanungan para sa iyo, ano ang PMOS transistor?
