Tranzistor PMOS: Práca, výroba, prierez a jeho vlastnosti

Tranzistor MOS je najzákladnejším prvkom v dizajne veľkých integrovaných obvodov. Tieto tranzistory sú všeobecne klasifikované do dvoch typov PMOS a NMOS. Kombinácia tranzistorov NMOS a PMOS je známa ako a CMOS tranzistor . Odlišné logické brány & ostatné digitálne logické zariadenia, ktoré sú implementované, musia mať PMOS logiku. Táto technológia je lacná a má dobrú odolnosť voči rušeniu. Tento článok pojednáva o jednom z typov tranzistorov MOS, ako je tranzistor PMOS.

Čo je tranzistor PMOS?

PMOS tranzistor alebo P-kanálový polovodič oxidu kovu je druh tranzistora, kde sa dopanty typu p používajú v oblasti kanála alebo brány. Tento tranzistor je presným opakom tranzistora NMOS. Tieto tranzistory majú tri hlavné terminály; zdroj, hradlo a zvod, kde je zdroj tranzistora navrhnutý so substrátom typu p a terminál zvodu je navrhnutý so substrátom typu n. V tomto tranzistore sú nosiče náboja ako diery zodpovedné za vedenie prúdu. Symboly tranzistorov PMOS sú zobrazené nižšie.

Ako funguje tranzistor PMOS?

Tranzistor typu p pracuje úplne opačne ako tranzistor typu n. Tento tranzistor vytvorí otvorený obvod vždy, keď dostane nezanedbateľné napätie, čo znamená, že z terminálu brány (G) do zdroja (S) nepreteká elektrický prúd. Podobne tento tranzistor vytvára uzavretý obvod, keď dostane napätie okolo 0 voltov, čo znamená, že prúd tečie z terminálu brány (G) do kolektora (D).

Táto bublina je tiež známa ako inverzná bublina. Takže hlavnou funkciou tohto kruhu je invertovať hodnotu vstupného napätia. Ak svorka brány poskytuje napätie 1, potom ho tento menič zmení na nulu a podľa toho funguje obvod. Takže funkcia tranzistora PMOS a tranzistora NMOS je úplne opačná. Keď ich spojíme do jedného MOS obvodu, stane sa z neho obvod CMOS (komplementárny metal-oxidový polovodič).

Prierez tranzistora PMOS

Prierez tranzistora PMOS je uvedený nižšie. Tranzistor pMOS je zostavený s telom typu n vrátane dvoch polovodičových oblastí typu p, ktoré susedia s hradlom. Tento tranzistor má riadiacu bránu, ako je znázornené na schéme, ktorá riadi tok elektrónov medzi dvoma terminálmi, ako je zdroj a odtok. V pMOS tranzistore je telo udržiavané na kladnom napätí. Keď je svorka brány kladná, potom sú svorky zdroja a odtoku spätne predpäté. Akonáhle sa to stane, nebude tok prúdu, takže tranzistor bude vypnutý.

Po znížení napájacieho napätia na svorke brány sa kladné nosiče náboja pritiahnu k spodnej časti rozhrania Si-SiO2. Kedykoľvek sa napätie dostatočne zníži, kanál sa obráti a vytvorí vodivú cestu od zdroja k odtoku tým, že umožní tok prúdu.

Kedykoľvek sa tieto tranzistory zaoberajú digitálnou logikou, zvyčajne majú dve rôzne hodnoty, iba ako 1 a 0 (zapnuté a vypnuté). Kladné napätie tranzistora je známe ako VDD, čo predstavuje logickú vysokú (1) hodnotu v digitálnych obvodoch. Úrovne napätia VDD v TTL logika boli všeobecne okolo 5V. V súčasnosti tranzistory v skutočnosti nevydržia také vysoké napätie, pretože sa zvyčajne pohybujú od 1,5 V do 3,3 V. Nízke napätie je často známe ako GND alebo VSS. VSS teda znamená logickú „0“ a je tiež normálne nastavená na 0 V.

Tranzistorový obvod PMOS

Návrh brány NAND s použitím tranzistora PMOS a tranzistora NMOS je znázornený nižšie. Vo všeobecnosti je brána NAND v digitálnej elektronike logická brána, ktorá sa tiež nazýva brána NOT-AND. Výstup tohto hradla je nízky (0) iba vtedy, ak sú dva vstupy vysoké (1) a jeho výstup je doplnkom k hradlu AND. Ak je ktorýkoľvek z týchto dvoch vstupov NÍZKY (0), potom poskytuje vysoké výstupné výsledky.

V nižšie uvedenom logickom obvode, ak je vstup A 0 a B je 0, potom vstup pMOS vytvorí „1“ a vstup nMOS vytvorí „0“. Táto logická brána teda generuje logickú „1“, pretože je pripojená k zdroju uzavretým obvodom a odpojená od GND cez otvorený obvod.

Keď A je „0“ a B“ je „1“, potom vstup pMOS vygeneruje „1“ a vstup NMOS vygeneruje „0“. Táto brána teda vytvorí logickú jednotku, pretože je pripojená k zdroju cez uzavretý obvod a odpojená od GND otvoreným obvodom. Keď A je „1“ a B je „0“, potom „B“ vstup pMOS bude generovať vysoký výstup (1) a „B“ vstup NMOS bude generovať výstup ako nízky (0). Takže táto logická brána vygeneruje logickú 1, pretože je pripojená k zdroju cez uzavretý obvod a odpojená od GND otvoreným obvodom.

Keď A je „1“ a B je „1“, potom vstup „pMOS“ vytvorí nulu a vstup „nMOS“ vytvorí „1“. V dôsledku toho by sme mali overiť aj vstup B pMOS a nMOS. B vstup pMOS vygeneruje „0“ a B vstup nMOS vygeneruje „1“. Takže táto logická brána vygeneruje logickú „0“, pretože je odpojená od zdroja otvoreným obvodom a je pripojená k GND cez uzavretý obvod.

Tabuľka pravdy

Pravdivostná tabuľka vyššie uvedeného logického obvodu je uvedená nižšie.

Prahové napätie tranzistora PMOS je zvyčajne „Vgs“, ktoré je potrebné na vytvorenie kanála známeho ako inverzia kanála. V tranzistore PMOS sú substrátové a zdrojové terminály jednoducho pripojené k „Vdd“. Ak začneme znižovať napätie odkazom na zdrojovú svorku na svorke brány z Vdd do bodu, kde si všimnete inverziu kanála, v tejto polohe, ak analyzujete Vgs a zdroj s vysokým potenciálom, získate zápornú hodnotu. Takže tranzistor PMOS má zápornú hodnotu V.

Proces výroby PMOS

Kroky zapojené do výroby tranzistorov PMOS sú diskutované nižšie.

Krok 1:

Tenká vrstva kremíka sa mení na materiál typu N jednoduchým dopovaním fosforového materiálu.

Krok 2:

Hrubá vrstva oxidu kremičitého (Sio2) sa pestuje na kompletnom substráte typu p.

Krok 3:

Teraz je povrch potiahnutý fotorezistom cez hrubú vrstvu oxidu kremičitého.

Krok 4:

Potom je táto vrstva jednoducho vystavená UV svetlu cez masku, ktorá definuje tie oblasti, do ktorých má prebiehať difúzia spolu s tranzistorovými kanálmi.

Krok 5:

Tieto oblasti sú odleptané spoločne so spodným oxidom kremičitým, takže povrch plátku je odkrytý v okienku definovanom maskou.

Krok 6:

Zostávajúci fotorezist sa oddelí a tenká vrstva Sio2 narastie typicky 0,1 mikrometra po celom povrchu čipu. Potom sa na to umiestni polysilikón, aby sa vytvorila štruktúra brány. Na celú polysilikónovú vrstvu je umiestnený fotorezist a vystavuje UV svetlo cez masku2.

Krok 7:

Difúzie sa dosahujú zahrievaním plátku na maximálnu teplotu a prechodom plynu s požadovanými nečistotami typu p, ako je bór.

Krok 8:

Pestuje sa oxid kremičitý s hrúbkou 1 mikrometra a nanáša sa naň fotorezistný materiál. Vystavte ultrafialovému svetlu masku3 na preferované oblasti brány, zdroja a odtoku, ktoré sú vyleptané, aby sa vytvorili kontaktné rezy.

Krok 9:

Teraz je na povrchu s hrúbkou 1 mikrometra nanesený kov alebo hliník. Na celom kove opäť narastie fotorezistný materiál a vystaví UV svetlo cez masku4, ktorá je vyleptaná, aby vytvorila požadovaný dizajn prepojenia. Konečná štruktúra PMOS je uvedená nižšie.

Charakteristika tranzistora PMOS

Charakteristiky PMOS tranzistora I-V sú uvedené nižšie. Tieto charakteristiky sú rozdelené do dvoch oblastí, aby sa získal vzťah medzi odberom a zdrojom prúdu (I DS), ako aj jeho koncovými napätiami, ako sú lineárne a saturačné oblasti.

V oblasti vložky sa IDS lineárne zvýši, keď sa zvýši napätie VDS (odtok do zdroja), zatiaľ čo v oblasti nasýtenia je IDS stabilný a nezávislý od VDS. Hlavný vzťah medzi ISD (source to drain current) a jeho koncovými napätiami je odvodený podobným postupom ako NMOS tranzistor. V tomto prípade jedinou zmenou bude, že nosiče náboja prítomné v inverznej vrstve sú jednoducho diery. Keď sa otvory pohybujú od zdroja k odtoku, potom je tok prúdu tiež rovnaký.

V rámci aktuálnej rovnice sa teda objaví záporné znamienko. Okrem toho sú všetky aplikované predpätia na svorkách zariadenia negatívne. Takže charakteristiky ID – VDS tranzistora PMOS sú uvedené nižšie.
Rovnica odberového prúdu pre tranzistor PMOS v lineárnej oblasti je daná ako:

ID = – mp Cox

Podobne rovnica odtokového prúdu pre tranzistor PMOS v oblasti nasýtenia je daná ako:

ID = – mp Cox (VSG – | V TH |p )^2

Kde „mp“ je pohyblivosť otvoru a „|VTH|“. p' je prahové napätie tranzistora PMOS.

Vo vyššie uvedenej rovnici bude záporné znamienko znamenať, že ID( vypúšťací prúd ) prúdi z odtoku (D) do zdroja (S), zatiaľ čo otvory prúdia v opačnom smere. Keď je pohyblivosť otvoru nízka v porovnaní s pohyblivosťou elektrónov, potom PMOS tranzistory trpia schopnosťou nízkoprúdového pohonu.

Ide teda o prehľad tranzistorov PMOS alebo mos tranzistorov typu p – výroba, obvod a jeho fungovanie. PMOS tranzistory sú navrhnuté s p-zdrojom, n-substrátom a odtokom. Nosiče náboja PMOS sú diery. Tento tranzistor vedie po privedení nízkeho napätia na svorku brány. Zariadenia založené na PMOS sú menej náchylné na rušenie v porovnaní so zariadeniami NMOS. Tieto tranzistory môžu byť použité ako napäťovo riadené odpory, aktívne záťaže, prúdové zrkadlá, trans-impedančné zosilňovače a tiež používané v spínačoch a zosilňovačoch napätia. Tu je otázka pre vás, čo je tranzistor NMOS?