Tranzistor PMOS: funcționare, fabricație, secțiune transversală și caracteristicile sale

Tranzistorul MOS este cel mai fundamental element în proiectarea circuitelor integrate la scară largă. Acești tranzistori sunt în general clasificați în două tipuri PMOS și NMOS. Combinația de tranzistori NMOS și PMOS este cunoscută ca a tranzistor CMOS . Diferitul porți logice și alte dispozitive logice digitale care sunt implementate trebuie să aibă logică PMOS. Această tehnologie este ieftină și are o rezistență bună la interferențe. Acest articol discută unul dintre tipurile de tranzistoare MOS, cum ar fi un tranzistor PMOS.

Ce este tranzistorul PMOS?

Tranzistorul PMOS sau semiconductorul de oxid de metal cu canal P este un fel de tranzistor în care dopanții de tip p sunt utilizați în regiunea canalului sau a porții. Acest tranzistor este exact inversul tranzistorului NMOS. Aceste tranzistoare au trei terminale principale; sursa, poarta și drenul în care sursa tranzistorului este proiectată cu un substrat de tip p, iar terminalul de scurgere este proiectat cu un substrat de tip n. În acest tranzistor, purtătorii de sarcină precum găurile sunt responsabili pentru conducerea curentului. Simbolurile tranzistorului PMOS sunt prezentate mai jos.

Cum funcționează tranzistorul PMOS?

Funcționarea tranzistorului de tip p este destul de opusă tranzistorului de tip n. Acest tranzistor va forma un circuit deschis ori de câte ori primește o tensiune neneglijabilă, ceea ce înseamnă că nu există un flux de energie electrică de la terminalul de poartă (G) la sursă (S). În mod similar, acest tranzistor formează un circuit închis atunci când primește o tensiune de aproximativ 0 volți, ceea ce înseamnă că curentul curge de la terminalul de poartă (G) la drenul (D).

Această bulă este cunoscută și sub numele de bulă de inversare. Deci, funcția principală a acestui cerc este de a inversa valoarea tensiunii de intrare. Dacă terminalul de poartă oferă o tensiune de 1, atunci acest invertor o va schimba în zero și va funcționa circuitul în consecință. Deci, funcția tranzistorului PMOS și a tranzistorului NMOS este destul de opusă. Odată ce le unim într-un singur circuit MOS, atunci acesta va deveni un circuit CMOS (semiconductor complementar de oxid de metal).

Secțiune transversală a tranzistorului PMOS

Secțiunea transversală a tranzistorului PMOS este prezentată mai jos. Un tranzistor pMOS este construit cu un corp de tip n care include două regiuni semiconductoare de tip p care sunt adiacente porții. Acest tranzistor are o poartă de control, așa cum se arată în diagramă, care controlează fluxul de electroni între cele două terminale, cum ar fi sursa și scurgerea. În tranzistorul pMOS, corpul este menținut la +ve tensiune. Odată ce terminalul de poartă este pozitiv, atunci terminalele sursă și de scurgere sunt polarizate invers. Odată ce se întâmplă acest lucru, nu există nici un flux de curent, astfel încât tranzistorul va fi oprit.

Odată ce alimentarea cu tensiune la terminalul porții este coborâtă, atunci purtătorii de sarcină pozitivă vor fi atrași în partea de jos a interfeței Si-SiO2. Ori de câte ori tensiunea scade suficient, atunci canalul va fi inversat și va crea o cale conducătoare de la borna sursă la dren, permițând fluxul de curent.

Ori de câte ori acești tranzistori se ocupă de logica digitală, există de obicei două valori diferite, cum ar fi 1 și 0 (ON și OFF). Tensiunea pozitivă a tranzistorului este cunoscută sub numele de VDD, care reprezintă valoarea logică mare (1) în circuitele digitale. Nivelurile de tensiune VDD în Logica TTL au fost în general în jur de 5V. În prezent, tranzistorii nu pot rezista de fapt la astfel de tensiuni ridicate, deoarece acestea variază de obicei între 1,5 V și 3,3 V. Tensiunea joasă este frecvent cunoscută ca GND sau VSS. Deci, VSS înseamnă „0” logic și este, de asemenea, setat în mod normal la 0V.

Circuitul tranzistorului PMOS

Designul porții NAND folosind tranzistorul PMOS și tranzistorul NMOS este prezentat mai jos. În general, o poartă NAND din electronica digitală este o poartă logică numită și poartă NOT-ȘI. Ieșirea acestei porți este scăzută (0) numai dacă cele două intrări sunt ridicate (1) și ieșirea sa este o completare a unei porți AND. Dacă oricare dintre cele două intrări este LOW (0), atunci dă rezultate ridicate de ieșire.

În circuitul logic de mai jos, dacă intrarea A este 0 și B este 0, atunci o intrare a pMOS va produce „1” și o intrare a nMOS va produce „0”. Deci, această poartă logică generează un „1” logic, deoarece este conectată la sursă printr-un circuit închis și detașată de GND printr-un circuit deschis.

Când A este „0” și B” este „1”, atunci O intrare a pMOS va genera un „1” și O intrare a NMOS va genera un „0”. Astfel, această poartă va produce una logică deoarece este conectată la sursă printr-un circuit închis și detașată de GND printr-un circuit deschis. Când A este „1” și B este „0”, atunci intrarea „B” a pMOS va genera o ieșire ridicată (1) și intrarea „B” a NMOS va genera o ieșire la fel de scăzută (0). Deci, această poartă logică va genera un 1 logic deoarece este conectată la sursă printr-un circuit închis și detașată de GND printr-un circuit deschis.

Când A este „1” și B este „1”, atunci O intrare de” pMOS va produce un zero, iar O intrare de nMOS va genera „1”. În consecință, ar trebui să verificăm și intrarea B a pMOS și nMOS. Intrarea B a pMOS va genera un „0” iar intrarea B a nMOS va genera un „1”. Deci, această poartă logică va genera un „0” logic, deoarece este detașată de sursă printr-un circuit deschis și este conectată la GND printr-un circuit închis.

Tabelul Adevărului

Tabelul de adevăr al circuitului logic de mai sus este prezentat mai jos.

Tensiunea de prag a tranzistorului PMOS este în mod normal „Vgs”, care este necesar pentru a crea canalul cunoscut sub numele de inversare a canalului. Într-un tranzistor PMOS, substratul și bornele sursei sunt pur și simplu conectate la „Vdd”. Dacă începem să reducem tensiunea prin referire la borna sursă la borna poartă de la Vdd la un punct oriunde observați inversarea canalului, în această poziție dacă analizați Vgs și sursa fiind la potențial ridicat, atunci veți obține o valoare negativă. Deci, tranzistorul PMOS are o valoare V-a negativă.

Procesul de fabricație PMOS

Pașii implicați în fabricarea tranzistorului PMOS sunt discutați mai jos.

Pasul 1:

Un strat subțire de plachetă de siliciu este schimbat în material de tip N prin simpla dopare a materialului fosfor.

Pasul 2:

Un strat gros de dioxid de siliciu (Sio2) este crescut pe un substrat complet de tip p.

Pasul 3:

Acum suprafața este acoperită cu un fotorezist peste stratul gros de dioxid de siliciu.

Pasul 4:

După aceea, acest strat este pur și simplu expus la lumina UV printr-o mască care definește acele regiuni în care trebuie să aibă loc difuzia împreună cu canalele tranzistorului.

Pasul 5:

Aceste regiuni sunt gravate reciproc cu dioxidul de siliciu subiacent, astfel încât suprafața plachetei este expusă în fereastra definită de mască.

Pasul 6:

Fotorezistul rămas este detașat și stratul subțire de Sio2 este crescut de obicei 0,1 micrometri pe întreaga suprafață a cipului. După aceea, polisiliciul este plasat peste acesta pentru a forma structura porții. Un fotorezist este plasat peste întregul strat de polisiliciu și expune lumina UV prin mască2.

Pasul 7:

Difuzia se realizează prin încălzirea plachetei la temperatura maximă și trecerea gazului cu impuritățile dorite de tip p, cum ar fi borul.

Pasul 8:

Se crește un dioxid de siliciu de 1 micrometru și se depune material fotorezistent pe acesta. Expuneți lumina ultravioletă cu mască3 în zonele preferate ale porții, sursei și scurgerii care sunt gravate pentru a face tăieturile de contact.

Pasul 9:

Acum un metal sau aluminiu este depus pe suprafața sa de 1 micrometru grosime. Din nou, un material fotorezistent este crescut pe tot metalul și expune lumina UV prin mască4 care este gravată pentru a forma designul de interconectare necesar. Structura finală a PMOS este prezentată mai jos.

Caracteristicile tranzistorului PMOS

Caracteristicile tranzistorului PMOS I-V sunt prezentate mai jos. Aceste caracteristici sunt împărțite în două regiuni pentru a obține relația dintre curentul dren și sursă (I DS), precum și tensiunile sale terminale, cum ar fi regiunile liniare și de saturație.

Într-o regiune de căptușeală, IDS va crește liniar atunci când VDS (tensiunea de scurgere la sursă) este crescută, în timp ce în regiunea de saturație, I DS este stabil și este independent de VDS. Relația principală dintre ISD (sursă la curentul de scurgere) și tensiunile sale terminale este derivată printr-o procedură similară a tranzistorului NMOS. În acest caz, singura schimbare va fi că purtătorii de sarcină prezenți în stratul de inversare sunt pur și simplu găuri. Când găurile se deplasează de la sursă la scurgere, atunci fluxul de curent este, de asemenea, același.

Astfel, semnul negativ apare în cadrul ecuației curente. În plus, toate distorsiunile aplicate la bornele dispozitivului sunt negative. Deci, caracteristicile ID – VDS ale tranzistorului PMOS sunt prezentate mai jos.
Ecuația curentului de scurgere pentru tranzistorul PMOS în regiunea liniară este dată astfel:

ID = – mp Cox

De asemenea, ecuația curentului de scurgere pentru tranzistorul PMOS din regiunea de saturație este dată astfel:

ID = – mp Cox (VSG – | V TH |p )^2

Unde „mp” este mobilitatea găurii și „|VTH| p’ este tensiunea de prag a tranzistorului PMOS.

În ecuația de mai sus, semnul negativ va indica faptul că ID( curent de scurgere ) curge de la scurgerea (D) la sursa (S), în timp ce găurile curg în direcția opusă. Când mobilitatea găurii este scăzută în comparație cu mobilitatea electronilor, atunci tranzistoarele PMOS suferă de capacitatea unității de curent scăzut.

Astfel, este vorba despre o prezentare generală a tranzistorului PMOS sau a tranzistorului mos de tip p - fabricație, circuit și funcționarea acestuia. PMOS tranzistoarele sunt proiectate cu o sursă p, un substrat n și scurgere. Purtătorii de încărcare ai PMOS sunt găuri. Acest tranzistor conduce odată ce tensiunea joasă este aplicată la terminalul porții. Dispozitivele bazate pe PMOS sunt mai puțin predispuse la interferențe în comparație cu dispozitivele NMOS. Aceste tranzistoare pot fi utilizate ca rezistențe controlate de tensiune, sarcini active, oglinzi de curent, amplificatoare de trans-impedanță și, de asemenea, utilizate în comutatoare și amplificatoare de tensiune. Iată o întrebare pentru tine, ce este un tranzistor NMOS?