PMOS டிரான்சிஸ்டர்: வேலை, ஃபேப்ரிகேஷன், குறுக்கு வெட்டு மற்றும் அதன் பண்புகள்

பெரிய அளவிலான ஒருங்கிணைந்த சுற்று வடிவமைப்பில் MOS டிரான்சிஸ்டர் மிகவும் அடிப்படை உறுப்பு ஆகும். இந்த டிரான்சிஸ்டர்கள் பொதுவாக PMOS மற்றும் NMOS என இரண்டு வகைகளாக வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. NMOS மற்றும் PMOS டிரான்சிஸ்டர்களின் கலவையானது a என அழைக்கப்படுகிறது CMOS டிரான்சிஸ்டர் . வேறுபட்டது தர்க்க வாயில்கள் & செயல்படுத்தப்படும் பிற டிஜிட்டல் லாஜிக் சாதனங்கள் PMOS லாஜிக்கைக் கொண்டிருக்க வேண்டும். இந்த தொழில்நுட்பம் மலிவானது மற்றும் குறுக்கீட்டிற்கு நல்ல எதிர்ப்பைக் கொண்டுள்ளது. இந்த கட்டுரை ஒரு PMOS டிரான்சிஸ்டர் போன்ற MOS டிரான்சிஸ்டர்களின் வகைகளில் ஒன்றைப் பற்றி விவாதிக்கிறது.

PMOS டிரான்சிஸ்டர் என்றால் என்ன?

PMOS டிரான்சிஸ்டர் அல்லது பி-சேனல் மெட்டல் ஆக்சைடு குறைக்கடத்தி என்பது ஒரு வகையான டிரான்சிஸ்டர் ஆகும், அங்கு p-வகை டோபண்டுகள் சேனல் அல்லது கேட் பகுதியில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த டிரான்சிஸ்டர் சரியாக NMOS டிரான்சிஸ்டரின் தலைகீழ் ஆகும். இந்த டிரான்சிஸ்டர்கள் மூன்று முக்கிய முனையங்களைக் கொண்டுள்ளன; டிரான்சிஸ்டரின் மூலமானது p-வகை அடி மூலக்கூறுடன் வடிவமைக்கப்பட்ட மூல, வாயில் & வடிகால் மற்றும் வடிகால் முனையம் n-வகை அடி மூலக்கூறுடன் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது. இந்த டிரான்சிஸ்டரில், ஓட்டைகள் போன்ற சார்ஜ் கேரியர்கள் மின்னோட்டத்தின் கடத்தலுக்கு பொறுப்பாகும். PMOS டிரான்சிஸ்டர் குறியீடுகள் கீழே காட்டப்பட்டுள்ளன.

PMOS டிரான்சிஸ்டர் எப்படி வேலை செய்கிறது?

p-வகை டிரான்சிஸ்டர் வேலை செய்யும் n-வகை டிரான்சிஸ்டருக்கு முற்றிலும் எதிரானது. இந்த டிரான்சிஸ்டர் புறக்கணிக்க முடியாத மின்னழுத்தத்தைப் பெறும் போதெல்லாம் ஒரு திறந்த சுற்று உருவாக்கும், அதாவது, கேட் (ஜி) முனையத்திலிருந்து மூலத்திற்கு (எஸ்) மின்சாரம் ஓட்டம் இல்லை. இதேபோல், இந்த டிரான்சிஸ்டர் சுமார் 0 வோல்ட் மின்னழுத்தத்தைப் பெறும்போது ஒரு மூடிய சுற்றை உருவாக்குகிறது, அதாவது கேட் (ஜி) முனையத்திலிருந்து வடிகால் (டி) வரை மின்னோட்டம் பாய்கிறது.

இந்த குமிழி தலைகீழ் குமிழி என்றும் அழைக்கப்படுகிறது. எனவே இந்த வட்டத்தின் முக்கிய செயல்பாடு உள்ளீட்டு மின்னழுத்த மதிப்பை மாற்றுவதாகும். கேட் டெர்மினல் 1 மின்னழுத்தத்தை வழங்கினால், இந்த இன்வெர்ட்டர் அதை பூஜ்ஜியமாக மாற்றி அதற்கேற்ப சுற்று செயல்படும். எனவே PMOS டிரான்சிஸ்டர் மற்றும் NMOS டிரான்சிஸ்டரின் செயல்பாடு முற்றிலும் எதிர்மாறாக உள்ளது. நாம் அவற்றை ஒரு MOS சுற்றுக்குள் இணைத்தவுடன், அது CMOS (நிரப்பு உலோக-ஆக்சைடு குறைக்கடத்தி) சுற்று ஆகும்.

PMOS டிரான்சிஸ்டரின் குறுக்கு வெட்டு

PMOS டிரான்சிஸ்டரின் குறுக்குவெட்டு கீழே காட்டப்பட்டுள்ளது. ஒரு pMOS டிரான்சிஸ்டர் ஒரு n-வகை உடலுடன் கட்டப்பட்டுள்ளது, இதில் இரண்டு p-வகை செமிகண்டக்டர் பகுதிகள் வாயிலுக்கு அருகில் உள்ளன. இந்த டிரான்சிஸ்டரில் வரைபடத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி ஒரு கட்டுப்பாட்டு வாயில் உள்ளது, இது மூல மற்றும் வடிகால் போன்ற இரண்டு முனையங்களுக்கு இடையே எலக்ட்ரான்களின் ஓட்டத்தை கட்டுப்படுத்துகிறது. pMOS டிரான்சிஸ்டரில், உடல் +ve மின்னழுத்தத்தில் வைக்கப்படுகிறது. கேட் டெர்மினல் நேர்மறையாக இருந்தால், சோர்ஸ் & டிரெய்ன் டெர்மினல்கள் தலைகீழாக இருக்கும். இது நடந்தவுடன், மின்னோட்டத்தின் ஓட்டம் இல்லை, எனவே டிரான்சிஸ்டர் அணைக்கப்படும்.

கேட் டெர்மினலில் மின்னழுத்தம் சப்ளை குறைக்கப்பட்டவுடன், நேர்மறை சார்ஜ் கேரியர்கள் Si-SiO2 இடைமுகத்தின் அடிப்பகுதிக்கு ஈர்க்கப்படும். மின்னழுத்தம் போதுமான அளவு குறைந்தால், சேனல் தலைகீழாக மாறும் மற்றும் மின்னோட்டத்தின் ஓட்டத்தை அனுமதிப்பதன் மூலம் மூல முனையத்திலிருந்து வடிகால் வரை ஒரு கடத்தும் பாதையை உருவாக்குகிறது.

இந்த டிரான்சிஸ்டர்கள் டிஜிட்டல் லாஜிக்கைக் கையாளும் போதெல்லாம், வழக்கமாக 1 & 0 (ஆன் மற்றும் ஆஃப்) போன்ற இரண்டு வெவ்வேறு மதிப்புகள் இருக்கும். டிரான்சிஸ்டரின் நேர்மறை மின்னழுத்தம் VDD என அழைக்கப்படுகிறது, இது டிஜிட்டல் சுற்றுகளுக்குள் உள்ள தருக்க உயர் (1) மதிப்பைக் குறிக்கிறது. VDD மின்னழுத்த அளவுகள் TTL தர்க்கம் பொதுவாக 5V சுற்றி இருந்தது. தற்போது டிரான்சிஸ்டர்கள் உண்மையில் இத்தகைய உயர் மின்னழுத்தங்களை தாங்க முடியாது, ஏனெனில் அவை பொதுவாக 1.5V - 3.3V வரை இருக்கும். குறைந்த மின்னழுத்தம் அடிக்கடி GND அல்லது VSS என அழைக்கப்படுகிறது. எனவே, VSS என்பது தர்க்கமான '0' ஐக் குறிக்கிறது மேலும் இது சாதாரணமாக 0V க்கு அமைக்கப்பட்டுள்ளது.

PMOS டிரான்சிஸ்டர் சர்க்யூட்

PMOS டிரான்சிஸ்டர் மற்றும் NMOS டிரான்சிஸ்டரைப் பயன்படுத்தி NAND கேட் வடிவமைப்பு கீழே காட்டப்பட்டுள்ளது. பொதுவாக, டிஜிட்டல் எலக்ட்ரானிக்ஸில் ஒரு NAND கேட் என்பது ஒரு லாஜிக் கேட் ஆகும், இது NOT-AND கேட் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது. இந்த வாயிலின் வெளியீடு குறைவாக இருக்கும் (0) இரண்டு உள்ளீடுகளும் அதிகமாக இருந்தால் மட்டுமே (1) மற்றும் அதன் வெளியீடு ஒரு AND வாயிலுக்கு நிரப்பியாக இருக்கும். இரண்டு உள்ளீடுகளில் ஏதேனும் குறைவாக (0) இருந்தால், அது அதிக வெளியீட்டு முடிவுகளை அளிக்கிறது.

கீழே உள்ள லாஜிக் சர்க்யூட்டில், உள்ளீடு A 0 மற்றும் B 0 எனில், pMOS இன் உள்ளீடு '1' ஐ உருவாக்கும் மற்றும் nMOS இன் உள்ளீடு '0' ஐ உருவாக்கும். எனவே, இந்த லாஜிக் கேட் ஒரு தர்க்கரீதியான '1' ஐ உருவாக்குகிறது, ஏனெனில் இது ஒரு மூடிய சுற்று மூலம் மூலத்துடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது & திறந்த சுற்று மூலம் GND இலிருந்து பிரிக்கப்படுகிறது.

A என்பது ‘0’ & B” ‘1’ ஆக இருக்கும் போது, ​​pMOS இன் உள்ளீடு ‘1’ ஐ உருவாக்கும் & NMOS இன் உள்ளீடு ‘0’ ஐ உருவாக்கும். இவ்வாறு, இந்த வாயில் ஒரு தர்க்கரீதியான ஒன்றை உருவாக்கும், ஏனெனில் இது ஒரு மூடிய சுற்று மூலம் மூலத்துடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது மற்றும் ஒரு திறந்த சுற்று மூலம் GND இலிருந்து பிரிக்கப்படுகிறது. A '1' & B '0' ஆக இருக்கும் போது, ​​pMOS இன் 'B' உள்ளீடு அதிக வெளியீட்டை (1) உருவாக்கும் & NMOS இன் 'B' உள்ளீடு குறைந்த (0) வெளியீட்டை உருவாக்கும். எனவே, இந்த லாஜிக் கேட் ஒரு லாஜிக்கல் 1 ஐ உருவாக்கும், ஏனெனில் இது ஒரு மூடிய சுற்று மூலம் மூலத்துடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது & GND இலிருந்து ஒரு திறந்த சுற்று மூலம் பிரிக்கப்படுகிறது.

A '1' & B '1' ஆக இருக்கும் போது, ​​pMOS இன் உள்ளீடு பூஜ்ஜியத்தை உருவாக்கும், மேலும் nMOS இன் உள்ளீடு '1' ஐ உருவாக்கும். இதன் விளைவாக, pMOS & nMOS இன் B உள்ளீட்டையும் நாம் சரிபார்க்க வேண்டும். pMOS இன் B உள்ளீடு '0' ஐ உருவாக்கும் & nMOS இன் B உள்ளீடு '1' ஐ உருவாக்கும். எனவே, இந்த லாஜிக் கேட் ஒரு தர்க்கரீதியான '0' ஐ உருவாக்கும், ஏனெனில் இது ஒரு திறந்த சுற்று மூலம் மூலத்திலிருந்து பிரிக்கப்பட்டு ஒரு மூடிய சுற்று மூலம் GND உடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது.

உண்மை அட்டவணை

மேலே உள்ள லாஜிக் சர்க்யூட்டின் உண்மை அட்டவணை கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.

PMOS டிரான்சிஸ்டரின் வரம்பு மின்னழுத்தம் பொதுவாக 'Vgs' ஆகும், இது சேனல் இன்வெர்ஷன் எனப்படும் சேனலை உருவாக்கத் தேவையானது. PMOS டிரான்சிஸ்டரில், அடி மூலக்கூறு மற்றும் மூல முனையங்கள் 'Vdd' உடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளன. கேட் டெர்மினலில் உள்ள சோர்ஸ் டெர்மினலைக் குறிப்பிடுவதன் மூலம் Vdd இலிருந்து ஒரு புள்ளியில் சேனல் தலைகீழாக இருப்பதைக் குறிப்பிடுவதன் மூலம் மின்னழுத்தத்தைக் குறைக்கத் தொடங்கினால், இந்த நிலையில் Vgs & ஆதாரம் அதிக திறனில் இருப்பதை நீங்கள் பகுப்பாய்வு செய்தால், எதிர்மறை மதிப்பைப் பெறுவீர்கள். எனவே, PMOS டிரான்சிஸ்டர் எதிர்மறை Vth மதிப்பைக் கொண்டுள்ளது.

PMOS ஃபேப்ரிகேஷன் செயல்முறை

PMOS டிரான்சிஸ்டர் தயாரிப்பில் உள்ள படிகள் கீழே விவாதிக்கப்பட்டுள்ளன.

படி 1:

ஒரு மெல்லிய சிலிக்கான் வேஃபர் லேயர் பாஸ்பரஸ் பொருளை வெறுமனே ஊக்கப்படுத்துவதன் மூலம் N-வகைப் பொருளாக மாற்றப்படுகிறது.

படி 2:

ஒரு தடிமனான சிலிக்கான் டை ஆக்சைடு (Sio2) அடுக்கு ஒரு முழுமையான p-வகை அடி மூலக்கூறில் வளர்க்கப்படுகிறது.

படி 3:

இப்போது மேற்பரப்பு தடிமனான சிலிக்கான் டை ஆக்சைடு அடுக்கு மீது ஒரு ஒளிக்கதிர் மூலம் பூசப்பட்டுள்ளது.

படி 4:

அதன்பிறகு, டிரான்சிஸ்டர் சேனல்களுடன் சேர்ந்து பரவும் பகுதிகளை வரையறுக்கும் முகமூடியின் மூலம் இந்த அடுக்கு வெறுமனே புற ஊதா ஒளிக்கு வெளிப்படும்.

படி 5:

இந்த பகுதிகள் அடிப்படை சிலிக்கான் டை ஆக்சைடுடன் பரஸ்பரம் பொறிக்கப்படுகின்றன, இதனால் முகமூடியால் வரையறுக்கப்பட்ட சாளரத்தில் செதில்களின் மேற்பரப்பு வெளிப்படும்.

படி 6:

மீதமுள்ள ஃபோட்டோரெசிஸ்ட் பிரிக்கப்பட்டு மெல்லிய Sio2 அடுக்கு பொதுவாக சிப்பின் முழு மேற்பரப்பிலும் 0.1 மைக்ரோமீட்டர் அளவுக்கு வளர்க்கப்படுகிறது. அதன் பிறகு, வாயிலின் அமைப்பை உருவாக்க பாலிசிலிகான் அதன் மேல் வைக்கப்படுகிறது. முழு பாலிசிலிக்கான் லேயரின் மீது ஒரு போட்டோரெசிஸ்ட் வைக்கப்பட்டு, முகமூடியின் மூலம் UV ஒளியை வெளிப்படுத்துகிறது2.

படி 7:

அதிகபட்ச வெப்பநிலைக்கு செதில் வெப்பமாக்கல் மற்றும் போரான் போன்ற விரும்பிய p-வகை அசுத்தங்களுடன் வாயுவை அனுப்புவதன் மூலம் பரவல்கள் அடையப்படுகின்றன.

படி 8:

1-மைக்ரோமீட்டர் தடிமன் கொண்ட சிலிக்கான் டை ஆக்சைடு வளர்க்கப்பட்டு, அதில் ஒளிச்சேர்க்கை பொருள் வைக்கப்படுகிறது. கேட், சோர்ஸ் & வடிகால் ஆகியவற்றின் விருப்பமான பகுதிகளில் மாஸ்க் 3 உடன் புற ஊதா ஒளியை வெளிப்படுத்தவும், அவை தொடர்பு வெட்டுக்களைச் செய்ய பொறிக்கப்பட்டுள்ளன.

படி 9:

இப்போது ஒரு உலோகம் அல்லது அலுமினியம் அதன் 1-மைக்ரோமீட்டர் தடிமன் பரப்பில் வைக்கப்பட்டுள்ளது. மீண்டும் ஒரு ஃபோட்டோரெசிஸ்ட் பொருள் உலோகம் முழுவதும் வளர்க்கப்பட்டு, மாஸ்க் 4 மூலம் UV ஒளியை வெளிப்படுத்துகிறது, இது தேவையான ஒன்றோடொன்று இணைப்பு வடிவமைப்பை உருவாக்குகிறது. இறுதி PMOS அமைப்பு கீழே காட்டப்பட்டுள்ளது.

PMOS டிரான்சிஸ்டர் பண்புகள்

PMOS டிரான்சிஸ்டர் I-V பண்புகள் கீழே காட்டப்பட்டுள்ளன. இந்த குணாதிசயங்கள் வடிகால் மற்றும் மூல மின்னோட்டத்திற்கு (I DS) மற்றும் அதன் முனைய மின்னழுத்தங்கள் போன்ற நேரியல் மற்றும் செறிவூட்டல் பகுதிகளுக்கு இடையேயான தொடர்பைப் பெறுவதற்காக இரண்டு பகுதிகளாகப் பிரிக்கப்படுகின்றன.

ஒரு லைனர் பகுதியில், VDS (வடிகால் மூலம் மூல மின்னழுத்தம்) அதிகரிக்கும் போது IDS நேரியல் முறையில் அதிகரிக்கும், அதேசமயம் செறிவூட்டல் பகுதியில், I DS நிலையானது & அது VDS லிருந்து சுயாதீனமாக இருக்கும். ISD (நீரோட்டத்தை வடிகட்டுவதற்கான ஆதாரம்) மற்றும் அதன் முனைய மின்னழுத்தங்களுக்கு இடையேயான முக்கிய தொடர்பு NMOS டிரான்சிஸ்டரின் இதேபோன்ற செயல்முறையால் பெறப்படுகிறது. இந்த வழக்கில், தலைகீழ் அடுக்குக்குள் இருக்கும் சார்ஜ் கேரியர்கள் வெறுமனே துளைகளாக மட்டுமே மாற்றப்படும். துளைகள் மூலத்திலிருந்து வடிகால் நோக்கி நகரும் போது மின்னோட்டத்தின் ஓட்டமும் ஒரே மாதிரியாக இருக்கும்.

எனவே, தற்போதைய சமன்பாட்டிற்குள் எதிர்மறை அடையாளம் தோன்றும். கூடுதலாக, சாதனத்தின் டெர்மினல்களில் பயன்படுத்தப்படும் அனைத்து சார்புகளும் எதிர்மறையானவை. எனவே, PMOS டிரான்சிஸ்டரின் ஐடி - VDS பண்புகள் கீழே காட்டப்பட்டுள்ளன.
நேரியல் பகுதியில் PMOS டிரான்சிஸ்டருக்கான வடிகால் தற்போதைய சமன்பாடு பின்வருமாறு கொடுக்கப்பட்டுள்ளது:

ஐடி = – எம்பி காக்ஸ்

அதேபோல், செறிவூட்டல் பகுதியில் PMOS டிரான்சிஸ்டருக்கான வடிகால் தற்போதைய சமன்பாடு பின்வருமாறு கொடுக்கப்பட்டுள்ளது:

ஐடி = – mp காக்ஸ் (VSG – | V TH |p )^2

இதில் ‘mp’ என்பது துளையின் இயக்கம் & ‘|VTH| p’ என்பது PMOS டிரான்சிஸ்டரின் த்ரெஷோல்ட் மின்னழுத்தம்.

மேலே உள்ள சமன்பாட்டில், எதிர்மறை அடையாளம் ஐடி( வடிகால் மின்னோட்டம் வடிகால் (D) இலிருந்து மூலத்திற்கு (S) பாய்கிறது, அதே சமயம் துளைகள் எதிர் திசையில் பாய்கின்றன. எலக்ட்ரான் இயக்கத்துடன் ஒப்பிடும்போது துளையின் இயக்கம் குறைவாக இருக்கும்போது PMOS டிரான்சிஸ்டர்கள் குறைந்த மின்னோட்ட இயக்கியின் திறனால் பாதிக்கப்படுகின்றன.

எனவே, இது அனைத்தும் PMOS டிரான்சிஸ்டர் அல்லது p-வகை மோஸ் டிரான்சிஸ்டர் - ஃபேப்ரிகேஷன், சர்க்யூட் மற்றும் அதன் வேலை பற்றிய கண்ணோட்டத்தைப் பற்றியது. PMOS டிரான்சிஸ்டர்கள் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன ஒரு p-மூலத்துடன், ஒரு n-அடி மூலக்கூறு & வடிகால். PMOS இன் சார்ஜ் கேரியர்கள் துளைகள். கேட் டெர்மினலில் குறைந்த மின்னழுத்தம் பயன்படுத்தப்பட்டவுடன் இந்த டிரான்சிஸ்டர் நடத்துகிறது. NMOS சாதனங்களுடன் ஒப்பிடும்போது PMOS-அடிப்படையிலான சாதனங்கள் குறுக்கீடு ஏற்படுவதற்கான வாய்ப்புகள் குறைவு. இந்த டிரான்சிஸ்டர்கள் மின்னழுத்தத்தால் கட்டுப்படுத்தப்படும் மின்தடையங்கள், செயலில் உள்ள சுமைகள், தற்போதைய கண்ணாடிகள், டிரான்ஸ்-இம்பெடன்ஸ் பெருக்கிகள் மற்றும் சுவிட்சுகள் மற்றும் மின்னழுத்த பெருக்கிகளிலும் பயன்படுத்தப்படலாம். இதோ உங்களுக்காக ஒரு கேள்வி, NMOS டிரான்சிஸ்டர் என்றால் என்ன?