금속 산화물 반도체 트랜지스터 또는 MOS 트랜지스터는 논리 칩, 프로세서 및 최신 디지털 메모리의 기본 구성 요소입니다. 소스와 드레인 사이의 전도 채널 내의 전류가 게이트에 인가된 전압에 의해 변조되는 다수 반송파 장치입니다. 이 MOS 트랜지스터는 다양한 아날로그 및 혼합 신호 IC에서 중요한 역할을 합니다. 이 트랜지스터는 매우 적응력이 뛰어나서 증폭기, 스위치 또는 저항기 . ~ 아니다 트랜지스터 PMOS와 NMOS의 두 가지 유형으로 분류됩니다. 따라서 이 기사에서는 NMOS 트랜지스터 – 제작, 회로 및 작업.
NMOS 트랜지스터란?
NMOS(n-channel metal-oxide semiconductor) 트랜지스터는 n형 도펀트가 게이트 영역에 사용되는 트랜지스터의 한 유형입니다. 게이트 단자의 양(+ve) 전압은 장치를 켭니다. 이 트랜지스터는 주로 CMOS (상보적인 금속 산화물 반도체) 설계 및 로직 및 메모리 칩에도 사용됩니다. PMOS 트랜지스터와 비교할 때 이 트랜지스터는 매우 빠르므로 단일 칩에 더 많은 트랜지스터를 배치할 수 있습니다. NMOS 트랜지스터 기호는 아래와 같습니다.
NMOS 트랜지스터는 어떻게 작동합니까?
NMOS 트랜지스터의 작동은 다음과 같습니다. NMOS 트랜지스터가 무시할 수 없는 전압을 수신하면 폐쇄 회로를 형성하여 소스 단자에서 드레인으로의 연결이 와이어로 작동함을 의미합니다. 따라서 전류는 게이트 단자에서 소스로 흐릅니다. 유사하게 이 트랜지스터가 약 0V의 전압을 수신하면 개방 회로를 형성하여 소스 단자에서 드레인으로의 연결이 끊어지므로 전류가 게이트 단자에서 드레인으로 흐릅니다.
NMOS 트랜지스터의 단면
일반적으로 NMOS 트랜지스터는 소스 및 드레인으로 알려진 게이트에 인접한 두 개의 n형 반도체 영역에 의해 p형 본체로 간단하게 구성됩니다. 이 트랜지스터에는 소스와 드레인 단자 사이의 전자 흐름을 제어하는 제어 게이트가 있습니다.
이 트랜지스터는 트랜지스터의 몸체가 접지되어 있기 때문에 소스와 드레인의 PN접합이 몸체 쪽으로 역 바이어스된다. 게이트 단자의 전압이 증가하면 전기장이 증가하기 시작하여 자유 전자를 Si-SiO2 인터페이스의 베이스로 끌어당깁니다.
전압이 충분히 높으면 전자가 모든 구멍을 채우고 채널로 알려진 게이트 아래의 얇은 영역이 반전되어 n형 반도체로 작동합니다. 이것은 전류의 흐름을 허용하여 소스 단자에서 드레인까지 전도 레인을 생성하므로 트랜지스터가 켜집니다. 게이트 단자가 접지되면 역 바이어스 접합에 전류가 흐르지 않으므로 트랜지스터가 꺼집니다.
NMOS 트랜지스터 회로
PMOS 및 NMOS 트랜지스터를 사용하는 NOT 게이트 설계는 아래와 같습니다. NOT 게이트를 설계하기 위해서는 pMOS 트랜지스터를 소스에 연결하고 nMOS 트랜지스터를 접지에 연결하여 pMOS와 nMOS 트랜지스터를 결합해야 합니다. 따라서 회로는 우리의 첫 번째 CMOS 트랜지스터 예제가 될 것입니다.
NOT 게이트는 반전된 입력을 출력으로 생성하는 논리 게이트의 한 유형입니다. 이 게이트는 인버터라고도 합니다. 입력이 '0'이면 반전 출력은 '1'이 됩니다.
입력이 0이면 위쪽의 pMOS 트랜지스터로, 아래쪽의 nMOS 트랜지스터로 이동합니다. 입력 값 '0'이 pMOS 트랜지스터에 도달하면 '1'로 반전됩니다. 따라서 소스에 대한 연결이 중지됩니다. 따라서 드레인(GND)에 대한 연결도 닫히면 논리 '1' 값을 생성합니다. 우리는 nMOS 트랜지스터가 입력 값을 반전시키지 않으므로 그대로 0 값을 취하고 드레인으로 개방 회로를 만들 것임을 알고 있습니다. 따라서 게이트에 대해 논리적 1 값이 생성됩니다.
마찬가지로 입력 값이 '1'이면 위 회로의 두 트랜지스터에 이 값이 전송됩니다. '1' 값이 pMOS 트랜지스터를 수신하면 'o'로 반전됩니다. 결과적으로 소스에 대한 연결이 열려 있습니다. nMOS 트랜지스터가 '1 값을 수신하면 반전되지 않습니다. 따라서 입력 값은 1로 유지됩니다. nMOS 트랜지스터가 하나의 값을 수신하면 GND로의 연결이 닫힙니다. 따라서 논리 '0'을 출력으로 생성합니다.
제작과정
NMOS 트랜지스터 제조 공정에는 많은 단계가 관련되어 있습니다. 동일한 프로세스가 PMOS 및 CMOS 트랜지스터에 사용될 수 있습니다. 이 제조에서 가장 자주 사용되는 재료는 폴리실리콘 또는 금속입니다. NMOS 트랜지스터의 단계별 제조 공정 단계는 아래에서 설명합니다.
1 단계:
얇은 실리콘 웨이퍼 층은 단순히 붕소 물질을 도핑함으로써 P형 물질로 변화됩니다.
2 단계:
완전한 p형 기판 위에 두꺼운 Sio2 층이 성장합니다.
3단계:
이제 표면은 두꺼운 Sio2 층에 포토레지스트를 통해 코팅됩니다.
4단계:
그 후, 이 층은 확산이 트랜지스터 채널과 함께 발생하는 영역을 설명하는 마스크로 UV 광에 노출됩니다.
5단계:
이 영역은 웨이퍼 표면이 마스크를 통해 정의된 창 내에서 노출되도록 기본 Sio2와 상호 에칭됩니다.
6단계:
잔류 포토레지스트가 분리되고 얇은 Sio2 층이 일반적으로 칩의 전체 표면에 걸쳐 0.1마이크로미터 성장합니다. 다음으로 여기에 폴리실리콘을 위치시켜 게이트 구조를 형성한다. 전체 폴리실리콘 층에 포토레지스트를 놓고 마스크 전체에 자외선을 노출시킵니다2.
7단계:
웨이퍼를 최대 온도로 가열함으로써 확산이 이루어지고 인과 같은 원하는 n형 불순물이 포함된 가스를 통과시킵니다.
8단계:
1마이크로미터 두께의 이산화규소를 전체에 성장시키고 그 위에 포토레지스트 물질을 놓습니다. 마스크3을 통해 자외선(UV)을 게이트의 선호 영역에 노출시키고, 소스 및 드레인 영역을 식각하여 컨택 컷을 만듭니다.
9단계:
이제 알루미늄과 같은 금속이 1마이크로미터 너비의 표면 위에 놓입니다. 다시 한 번 포토레지스트 재료가 금속 전체에 성장하고 필수 상호 연결 설계에 에칭된 형태인 마스크4를 통해 UV 광선에 노출됩니다. 최종 NMOS 구조는 아래와 같습니다.
PMOS 대 NMOS 트랜지스터
PMOS와 NMOS 트랜지스터의 차이점은 아래에서 설명합니다.
| PMOS 트랜지스터 | NMOS 트랜지스터 |
| PMOS 트랜지스터는 P-채널 금속 산화물 반도체 트랜지스터를 나타냅니다. | NMOS 트랜지스터는 N-채널 금속 산화물 반도체 트랜지스터를 나타냅니다. |
| PMOS 트랜지스터의 소스와 드레인은 단순히 n형 반도체로 만들어집니다. | NMOS 트랜지스터의 소스와 드레인은 단순히 p형 반도체로 만들어진다. |
| 이 트랜지스터의 기판은 n형 반도체로 만들어집니다. | 이 트랜지스터의 기판은 p형 반도체로 만들어집니다. |
| PMOS의 대부분의 전하 캐리어는 정공입니다. | NMOS에서 대부분의 전하 캐리어는 전자입니다. |
| NMOS와 비교할 때 PMOS 장치는 더 작지 않습니다. | NMOS 장치는 PMOS 장치에 비해 상당히 작습니다. |
| PMOS 장치는 NMOS 장치에 비해 더 빠르게 전환할 수 없습니다. | PMOS 장치에 비해 NMOS 장치는 더 빠르게 전환할 수 있습니다. |
| 게이트에 낮은 전압이 공급되면 PMOS 트랜지스터가 전도됩니다. | NMOS 트랜지스터는 고전압이 게이트에 제공되면 전도됩니다. |
| 이들은 소음에 더 강합니다. | PMOS에 비해 노이즈에 면역이 없습니다. |
| 이 트랜지스터의 문턱전압(Vth)은 음의 양이다. | 이 트랜지스터의 문턱전압(Vth)은 양의 양이다. |
형질
그만큼 NMOS 트랜지스터의 I-V 특성 아래에 나와 있습니다. 게이트와 소스 단자 사이의 전압 'V GS ’ & 또한 소스와 드레인 사이 ‘V DS '. 따라서 I 사이의 곡선 DS 그리고 브이 DS 소스의 단자를 접지하고 초기 VGS 값을 설정하고 V를 스윕하면 됩니다. DS '0'에서 V로 주어진 가장 높은 DC 전압 값까지 DD V를 밟을 때 GS '0'에서 V까지의 값 DD . 따라서 매우 낮은 V GS , 나 DS 매우 작으며 선형 추세를 보입니다. 때 V GS 가치가 높아지면 나는 DS 향상 및 V에 대한 종속성을 갖습니다. GS & 입력 DS ;
만약 V GS V보다 작거나 같음 토 , 트랜지스터는 OFF 상태에 있고 개방 회로처럼 작동합니다.
만약 V GS V보다 크다 토 , 두 가지 작동 모드가 있습니다.
만약 V DS V보다 작음 GS - 입력 토 , 트랜지스터는 선형 모드에서 작동하고 저항으로 작동합니다 (R 의 위에 ).
IDS = 유 에프 씨 황소 승/패 [(V GS - 입력 토 )입력 DS – ½V DS ^2]
어디에,
'µeff'는 전하 캐리어의 유효 이동도입니다.
'COX'는 단위 면적당 게이트 산화물의 정전 용량입니다.
W & L은 해당 채널의 폭과 길이입니다. R 의 위에 값은 다음과 같이 게이트의 전압에 의해 간단히 제어됩니다.
아르 자형 켜짐 = 1/인치 N 씨 황소 승/패 [(V GS - 입력 토 )입력 DS – ½V DS ^2]
VDS가 V보다 크거나 같으면 GS - 입력 토 , 트랜지스터는 포화 모드 내에서 작동합니다
나 DS = 유 N 씨 황소 승/패 [(V GS - 입력 토 )^2(1+λ V DS ]
이 지역에서 내가 할 때 DS 더 높으면 전류는 V에 최소한으로 의존합니다. DS 그러나 가장 높은 값은 단순히 VGS를 통해 제어됩니다. 채널 길이 변조 'λ'는 핀치 오프로 인해 트랜지스터의 VDS 내에서 증가하여 IDS 내에서 상승을 설명합니다. 이 핀치 오프는 V DS 그리고 브이 GS 드레인 영역에 가까운 전계 패턴을 결정하여 자연 공급 전하 캐리어의 방향을 변경합니다. 이 효과는 효율적인 채널의 길이를 줄이고 I를 증가시킵니다. DS . 이상적으로는 'λ'는 '0'과 같으므로 I DS V와 완전히 독립적입니다. DS 포화 영역 내의 값.
따라서 이것이 전부입니다. NMOS 개요 트랜지스터 – 작동하는 제작 및 회로. NMOS 트랜지스터는 논리 게이트 및 기타 다른 디지털 회로를 구현하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 논리 회로, 메모리 칩 및 CMOS 설계에 주로 사용되는 마이크로 전자 회로입니다. NMOS 트랜지스터의 가장 보편적인 응용 분야는 스위치 및 전압 증폭기입니다. PMOS 트랜지스터란 무엇입니까?
