என்எம்ஓஎஸ் டிரான்சிஸ்டர்: வேலை, சுற்று, ஃபேப்ரிகேஷன் & அதன் பண்புகள்

மெட்டல் ஆக்சைடு குறைக்கடத்தி டிரான்சிஸ்டர் அல்லது MOS டிரான்சிஸ்டர் என்பது லாஜிக் சில்லுகள், செயலிகள் மற்றும் நவீன டிஜிட்டல் நினைவுகளில் ஒரு அடிப்படை கட்டுமானத் தொகுதியாகும். இது ஒரு பெரும்பான்மை-கேரியர் சாதனமாகும், அங்கு மூல மற்றும் வடிகால் இடையே உள்ள ஒரு கடத்தும் சேனலுக்குள் மின்னோட்டமானது வாயிலில் பயன்படுத்தப்படும் மின்னழுத்தத்தால் மாற்றியமைக்கப்படுகிறது. இந்த MOS டிரான்சிஸ்டர் பல்வேறு அனலாக் & கலப்பு-சிக்னல் ஐசிகளில் முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது. இந்த டிரான்சிஸ்டர் மிகவும் பொருந்தக்கூடியது, எனவே ஒரு பெருக்கி, ஒரு சுவிட்ச் அல்லது ஒரு மின்தடை . இல்லை திரிதடையம் PMOS & NMOS என இரண்டு வகைகளாக வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. எனவே, இந்த கட்டுரை ஒரு கண்ணோட்டத்தை விவாதிக்கிறது NMOS டிரான்சிஸ்டர் - உருவாக்கம், சுற்று மற்றும் வேலை.

என்எம்ஓஎஸ் டிரான்சிஸ்டர் என்றால் என்ன?

என்எம்ஓஎஸ் (என்-சேனல் மெட்டல்-ஆக்சைடு குறைக்கடத்தி) டிரான்சிஸ்டர் என்பது ஒரு வகை டிரான்சிஸ்டர் ஆகும், அங்கு கேட் பகுதியில் n-வகை டோபண்டுகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. கேட் முனையத்தில் நேர்மறை (+ve) மின்னழுத்தம் சாதனத்தை இயக்குகிறது. இந்த டிரான்சிஸ்டர் முக்கியமாக பயன்படுத்தப்படுகிறது CMOS (நிரப்பு உலோக-ஆக்சைடு குறைக்கடத்தி) வடிவமைப்பு & லாஜிக் & மெமரி சிப்களிலும். PMOS டிரான்சிஸ்டருடன் ஒப்பிடும்போது, ​​இந்த டிரான்சிஸ்டர் மிகவும் வேகமானது, எனவே அதிக டிரான்சிஸ்டர்களை ஒரு சிப்பில் வைக்கலாம். NMOS டிரான்சிஸ்டர் சின்னம் கீழே காட்டப்பட்டுள்ளது.

NMOS டிரான்சிஸ்டர் எப்படி வேலை செய்கிறது?

NMOS டிரான்சிஸ்டரின் வேலை NMOS டிரான்சிஸ்டர் ஒரு புறக்கணிக்க முடியாத மின்னழுத்தத்தைப் பெறும்போது, ​​​​அது ஒரு மூடிய சுற்றுகளை உருவாக்குகிறது, அதாவது மூல முனையத்திலிருந்து வடிகால் இணைப்பு கம்பியாக செயல்படுகிறது. எனவே மின்னோட்டம் கேட் டெர்மினலில் இருந்து மூலத்திற்கு பாய்கிறது. இதேபோல், இந்த டிரான்சிஸ்டர் தோராயமாக 0V இல் மின்னழுத்தத்தைப் பெறும்போது, ​​​​அது ஒரு திறந்த சுற்று உருவாக்குகிறது, அதாவது மூல முனையத்திலிருந்து வடிகால் இணைப்பு உடைந்துவிடும், எனவே கேட் முனையத்திலிருந்து வடிகால் வரை மின்னோட்டம் பாய்கிறது.

NMOS டிரான்சிஸ்டரின் குறுக்குவெட்டு

பொதுவாக, ஒரு NMOS டிரான்சிஸ்டர் ஒரு p-வகை உடலுடன் இரண்டு n-வகை செமிகண்டக்டர் பகுதிகளால் கட்டமைக்கப்படுகிறது, அவை சோர்ஸ் & வடிகால் எனப்படும் வாயிலுக்கு அருகில் உள்ளன. இந்த டிரான்சிஸ்டரில் மூல மற்றும் வடிகால் முனையங்களுக்கு இடையே எலக்ட்ரான் ஓட்டத்தை கட்டுப்படுத்தும் ஒரு கட்டுப்பாட்டு வாயில் உள்ளது.

இந்த டிரான்சிஸ்டரில், டிரான்சிஸ்டரின் உடல் அடித்தளமாக இருப்பதால், உடலை நோக்கிய மூல மற்றும் வடிகால் ஆகியவற்றின் பிஎன் சந்திப்புகள் தலைகீழ்-சார்புடையவை. கேட் டெர்மினலில் மின்னழுத்தம் அதிகரித்தால், ஒரு மின்சார புலம் அதிகரிக்கத் தொடங்கும் மற்றும் Si-SiO2 இடைமுகத்தின் அடிப்பகுதிக்கு இலவச எலக்ட்ரான்களை ஈர்க்கும்.

மின்னழுத்தம் போதுமானதாக இருந்தால், எலக்ட்ரான்கள் அனைத்து துளைகளையும் நிரப்பி, சேனல் எனப்படும் வாயிலுக்குக் கீழே உள்ள மெல்லிய பகுதியை n-வகை குறைக்கடத்தியாகச் செயல்பட தலைகீழாக மாற்றும். இது மின்னோட்டத்தின் ஓட்டத்தை அனுமதிப்பதன் மூலம் மூல முனையத்திலிருந்து வடிகால் வரை ஒரு கடத்தும் பாதையை உருவாக்கும், எனவே டிரான்சிஸ்டர் இயக்கப்படும். கேட் டெர்மினல் தரையிறக்கப்பட்டால், தலைகீழ்-சார்பு சந்திப்பில் மின்னோட்டம் பாயவில்லை, எனவே டிரான்சிஸ்டர் அணைக்கப்படும்.

NMOS டிரான்சிஸ்டர் சர்க்யூட்

PMOS மற்றும் NMOS டிரான்சிஸ்டர்களைப் பயன்படுத்தி NOT கேட் வடிவமைப்பு கீழே காட்டப்பட்டுள்ளது. ஒரு NOT கேட் வடிவமைக்க, pMOS மற்றும் nMOS டிரான்சிஸ்டர்களை ஒரு pMOS டிரான்சிஸ்டரை மூலத்திற்கும் ஒரு nMOS டிரான்சிஸ்டரையும் தரையில் இணைப்பதன் மூலம் இணைக்க வேண்டும். எனவே சுற்று எங்கள் முதல் CMOS டிரான்சிஸ்டர் உதாரணமாக இருக்கும்.

NOT கேட் என்பது ஒரு வகையான லாஜிக் கேட் ஆகும், இது தலைகீழ் உள்ளீட்டை வெளியீட்டாக உருவாக்குகிறது. இந்த வாயில் இன்வெர்ட்டர் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது. உள்ளீடு '0' எனில், தலைகீழ் வெளியீடு '1' ஆக இருக்கும்.

உள்ளீடு பூஜ்ஜியமாக இருக்கும்போது, ​​அது மேலே உள்ள pMOS டிரான்சிஸ்டருக்குச் செல்கிறது மற்றும் கீழே உள்ள nMOS டிரான்சிஸ்டருக்குச் செல்லும். உள்ளீட்டு மதிப்பு '0' pMOS டிரான்சிஸ்டரை அடைந்தவுடன், அது '1' ஆக மாற்றப்படும். இதனால், மூலத்தை நோக்கிய இணைப்பு நிறுத்தப்பட்டது. வடிகால் (GND) நோக்கிய இணைப்பும் மூடப்பட்டால், இது ஒரு லாஜிக் '1' மதிப்பை உருவாக்கும். nMOS டிரான்சிஸ்டர் உள்ளீட்டு மதிப்பைத் தலைகீழாக மாற்றாது என்பதை நாங்கள் அறிவோம், எனவே அது பூஜ்ஜிய மதிப்பை அப்படியே எடுத்துக்கொள்கிறது மற்றும் அது வடிகால் ஒரு திறந்த சுற்று செய்யும். எனவே, வாயிலுக்கு ஒரு தருக்க மதிப்பு உருவாக்கப்படுகிறது.

இதேபோல், உள்ளீட்டு மதிப்பு ‘1’ என்றால், இந்த மதிப்பு மேலே உள்ள இரண்டு டிரான்சிஸ்டர்களுக்கும் அனுப்பப்படும். '1' மதிப்பு pMOS டிரான்சிஸ்டரைப் பெற்றவுடன், அது ஒரு 'o' க்கு தலைகீழாக மாறும். இதன் விளைவாக, மூலத்திற்கான இணைப்பு திறந்திருக்கும். nMOS டிரான்சிஸ்டர் '1 மதிப்பைப் பெற்றவுடன், அது தலைகீழாக மாறாது. எனவே, உள்ளீட்டு மதிப்பு ஒன்றாகவே இருக்கும். nMOS டிரான்சிஸ்டரால் ஒரு மதிப்பு பெறப்பட்டவுடன், GNDக்கான இணைப்பு மூடப்படும். எனவே இது ஒரு தர்க்கத்தை '0' வெளியீட்டாக உருவாக்கும்.

ஃபேப்ரிகேஷன் செயல்முறை

என்எம்ஓஎஸ் டிரான்சிஸ்டர் புனையமைப்பு செயல்பாட்டில் பல படிகள் உள்ளன. அதே செயல்முறையை PMOS மற்றும் CMOS டிரான்சிஸ்டர்களுக்கும் பயன்படுத்தலாம். இந்த தயாரிப்பில் அடிக்கடி பயன்படுத்தப்படும் பொருள் பாலிசிலிகான் அல்லது உலோகம். NMOS டிரான்சிஸ்டரின் படிப்படியான புனையமைப்பு செயல்முறை படிகள் கீழே விவாதிக்கப்பட்டுள்ளன.

படி 1:

ஒரு மெல்லிய சிலிக்கான் செதில் அடுக்கு வெறுமனே போரான் பொருளைக் கொண்டு ஊக்கமருந்து மூலம் பி-வகைப் பொருளாக மாற்றப்படுகிறது.

படி 2:

ஒரு தடிமனான Sio2 அடுக்கு ஒரு முழுமையான p-வகை அடி மூலக்கூறில் வளர்க்கப்படுகிறது

படி 3:

இப்போது மேற்பரப்பு தடிமனான Sio2 லேயரில் ஒரு photoresist மூலம் பூசப்பட்டுள்ளது.

படி 4:

அதன்பிறகு, டிரான்சிஸ்டர் சேனல்களுடன் கூட்டாக பரவும் பகுதிகளை விவரிக்கும் முகமூடியுடன் இந்த அடுக்கு புற ஊதா ஒளியில் வெளிப்படும்.

படி 5:

இந்த பகுதிகள் அடிப்படையான Sio2 உடன் பரஸ்பரம் பொறிக்கப்படுகின்றன, இதனால் முகமூடியின் மூலம் வரையறுக்கப்பட்ட சாளரத்தில் செதில்களின் மேற்பரப்பு வெளிப்படும்.

படி 6:

எஞ்சியிருக்கும் ஃபோட்டோரெசிஸ்ட் பிரிக்கப்பட்டு மெல்லிய Sio2 அடுக்கு 0.1 மைக்ரோமீட்டர்கள் பொதுவாக சிப்பின் முழு முகத்திலும் வளர்க்கப்படுகிறது. அடுத்து, வாயில் அமைப்பை உருவாக்க பாலிசிலிகான் இதன் மீது அமைந்துள்ளது. முழுமையான பாலிசிலிகான் லேயரில் ஒரு ஃபோட்டோரெசிஸ்ட் வைக்கப்பட்டு முகமூடி முழுவதும் புற ஊதா ஒளியை வெளிப்படுத்துகிறது2.

படி 7:

செதில்களை அதிகபட்ச வெப்பநிலைக்கு சூடாக்குவதன் மூலம், பாஸ்பரஸ் போன்ற விரும்பிய n-வகை அசுத்தங்களுடன் வாயுவைக் கடத்துதல் அடையப்படுகிறது.

படி 8:

ஒரு மைக்ரோமீட்டர் தடிமன் கொண்ட சிலிக்கான் டை ஆக்சைடு முழுவதும் வளர்க்கப்பட்டு அதன் மீது போட்டோரெசிஸ்ட் பொருள் வைக்கப்படுகிறது. மாஸ்க் 3 மூலம் புற ஊதா ஒளியை (UV) கேட், சோர்ஸ் & வடிகால் பகுதிகளின் விருப்பமான பகுதிகளில் வெளிப்படுத்தவும், தொடர்பு வெட்டுக்களைச் செய்ய பொறிக்கப்பட்டுள்ளது.

படி 9:

இப்போது அலுமினியம் போன்ற ஒரு உலோகம் அதன் ஒரு மைக்ரோமீட்டர் அகல பரப்பில் வைக்கப்பட்டுள்ளது. மீண்டும் ஒரு ஃபோட்டோரெசிஸ்ட் பொருள் உலோகம் முழுவதும் வளர்க்கப்பட்டு, மாஸ்க் 4 மூலம் UV ஒளியை வெளிப்படுத்துகிறது, இது கட்டாயமான ஒன்றோடொன்று வடிவமைப்புக்கு பொறிக்கப்பட்ட வடிவமாகும். இறுதி NMOS அமைப்பு கீழே காட்டப்பட்டுள்ளது.

PMOS Vs NMOS டிரான்சிஸ்டர்

PMOS மற்றும் NMOS டிரான்சிஸ்டர்களுக்கு இடையிலான வேறுபாடு கீழே விவாதிக்கப்படுகிறது.

சிறப்பியல்புகள்

தி NMOS டிரான்சிஸ்டரின் I-V பண்புகள் கீழே காட்டப்பட்டுள்ளன. கேட் மற்றும் சோர்ஸ் டெர்மினல்களுக்கு இடையே உள்ள மின்னழுத்தம் 'வி _{ஜி.எஸ்} ’ & மேலும் மூல மற்றும் வடிகால் இடையே ‘வி _DS ’. எனவே, I இடையே உள்ள வளைவுகள் _DS மற்றும் வி _DS மூலத்தின் முனையத்தை அடிப்படையாக வைத்து, ஆரம்ப VGS மதிப்பை அமைத்து, V ஐ ஸ்வீப்பிங் செய்வதன் மூலம் அடையலாம். _DS '0' இலிருந்து V வழங்கிய அதிகபட்ச DC மின்னழுத்த மதிப்பு வரை _DD V ஐ அடியெடுத்து வைக்கும் போது _{ஜி.எஸ்} மதிப்பு '0' முதல் V வரை _DD . எனவே மிகக் குறைந்த வி _{ஜி.எஸ்} , ஐ _DS மிகச் சிறியவை & நேரியல் போக்கைக் கொண்டிருக்கும். எப்போது வி _{ஜி.எஸ்} மதிப்பு அதிகமாகிறது, பிறகு நான் _DS மேம்படுத்துகிறது & கீழே உள்ள V மீது சார்ந்திருக்கும் _{ஜி.எஸ்} & IN _DS ;

என்றால் வி _{ஜி.எஸ்} V ஐ விட குறைவாக அல்லது சமமாக உள்ளது _TH , டிரான்சிஸ்டர் ஆஃப் நிலையில் உள்ளது & திறந்த சுற்று போல் செயல்படுகிறது.

என்றால் வி _{ஜி.எஸ்} V ஐ விட பெரியது _TH , பின்னர் இரண்டு இயக்க முறைகள் உள்ளன.

என்றால் வி _DS V விட குறைவாக உள்ளது _{ஜி.எஸ்} - IN _TH , பின்னர் டிரான்சிஸ்டர் நேரியல் பயன்முறையில் இயங்குகிறது மற்றும் எதிர்ப்பாக செயல்படுகிறது (ஆர் _ஆன் )

IDS = u _ef சி _{எருது} W/L [(வி _{ஜி.எஸ்} - IN _TH IN _DS - ½ வி _DS ^2]

எங்கே,

‘µeff’ என்பது சார்ஜ் கேரியரின் பயனுள்ள இயக்கம்.

'COX' என்பது ஒவ்வொரு யூனிட் பகுதிக்கும் கேட் ஆக்சைட்டின் கொள்ளளவு.

W & L என்பது சேனலின் அகலம் மற்றும் நீளம். ஆர் _ஆன் வாயிலின் மின்னழுத்தத்தால் மதிப்பு வெறுமனே கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது பின்வருமாறு;

ஆர் _{ஆன் =} 1/in _n சி _{எருது} W/L [(வி _{ஜி.எஸ்} - IN _TH IN _DS - ½ வி _DS ^2]

VDS ஐ விட அதிகமாகவோ அல்லது சமமாகவோ இருந்தால் _{ஜி.எஸ்} - IN _TH , பின்னர் டிரான்சிஸ்டர் செறிவூட்டல் பயன்முறையில் வேலை செய்கிறது

நான் _DS = யு _n சி _{எருது} W/L [(வி _{ஜி.எஸ்} - IN _TH )^2 (1+λ வி _DS ]

இந்த பிராந்தியத்தில், ஐ _DS அதிகமாக உள்ளது, பின்னர் மின்னோட்டம் குறைந்தபட்சமாக V இல் சார்ந்துள்ளது _DS இருப்பினும், அதன் மிக உயர்ந்த மதிப்பு VGS மூலம் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது. சேனல் நீள பண்பேற்றம் ‘λ’ ஆனது டிரான்சிஸ்டர்களில் VDS க்குள் அதிகரிப்பதன் மூலம் IDS க்குள் அதிகரிப்பதற்கு காரணமாகிறது, ஏனெனில் பிஞ்ச்-ஆஃப். இந்த பிஞ்ச்-ஆஃப் இரண்டும் ஒரு முறை வி _DS மற்றும் வி _{ஜி.எஸ்} வடிகால் பகுதிக்கு அருகில் உள்ள மின்சார புல வடிவத்தை முடிவு செய்யுங்கள், இதனால் இயற்கை விநியோக கட்டண கேரியர்களின் திசை மாறும். இந்த விளைவு திறமையான சேனலின் நீளத்தை குறைக்கிறது மற்றும் I ஐ அதிகரிக்கிறது _DS . வெறுமனே, 'λ' என்பது '0' க்கு சமம் அதனால் I _DS V இல் இருந்து முற்றிலும் சுதந்திரமானது _DS செறிவூட்டல் பகுதிக்குள் மதிப்பு.

இவ்வாறு, இது பற்றியது ஒரு NMOS இன் கண்ணோட்டம் டிரான்சிஸ்டர் - உற்பத்தி மற்றும் வேலையுடன் சுற்று. NMOS டிரான்சிஸ்டர் லாஜிக் கேட்கள் மற்றும் பிற டிஜிட்டல் சர்க்யூட்களை செயல்படுத்துவதில் முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது. இது மைக்ரோ எலக்ட்ரானிக் சர்க்யூட் ஆகும், இது முக்கியமாக லாஜிக் சர்க்யூட்கள், மெமரி சிப்ஸ் மற்றும் CMOS வடிவமைப்பில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. NMOS டிரான்சிஸ்டர்களின் மிகவும் பிரபலமான பயன்பாடுகள் சுவிட்சுகள் மற்றும் மின்னழுத்த பெருக்கிகள் ஆகும். இதோ உங்களுக்காக ஒரு கேள்வி, PMOS டிரான்சிஸ்டர் என்றால் என்ன?