O transistor semicondutor de óxido de metal ou transistor MOS é um bloco de construção básico em chips lógicos, processadores e memórias digitais modernas. É um dispositivo de portadora majoritária, onde a corrente dentro de um canal condutor entre a fonte e o dreno é modulada por uma tensão aplicada ao portão. Este transistor MOS desempenha um papel fundamental em vários ICs analógicos e de sinal misto. Este transistor é bastante adaptável, então funciona como um amplificador, um interruptor ou um resistor . não transistores são classificados em dois tipos PMOS e NMOS. Assim, este artigo apresenta uma visão geral transistor NMOS – fabricação, circuito e funcionamento.
O que é um transistor NMOS?
Um transistor NMOS (semicondutor de óxido de metal de canal n) é um tipo de transistor em que os dopantes do tipo n são utilizados na região do portão. Uma tensão positiva (+ve) no terminal do portão liga o dispositivo. Este transistor é usado principalmente em CMOS (semicondutor de óxido de metal complementar) e também em chips de lógica e memória. Em comparação com o transistor PMOS, este transistor é muito mais rápido, então mais transistores podem ser colocados em um único chip. O símbolo do transistor NMOS é mostrado abaixo.
Como funciona o transistor NMOS?
O funcionamento do transistor NMOS é; quando o transistor NMOS recebe uma tensão não desprezível, ele forma um circuito fechado, o que significa que a conexão do terminal da fonte ao dreno funciona como um fio. Assim, a corrente flui do terminal do portão para a fonte. Da mesma forma, quando este transistor recebe uma tensão de aproximadamente 0V, ele forma um circuito aberto, o que significa que a conexão do terminal da fonte ao dreno será interrompida, de modo que a corrente flui do terminal do portão para o dreno.
Seção Transversal do Transistor NMOS
Geralmente, um transistor NMOS é simplesmente construído com um corpo do tipo p por duas regiões semicondutoras do tipo n que são adjacentes ao portão conhecido como fonte e dreno. Este transistor possui uma porta de controle que controla o fluxo de elétrons entre os terminais de fonte e dreno.
Neste transistor, uma vez que o corpo do transistor é aterrado, as junções PN da fonte e dreno em direção ao corpo são polarizadas reversamente. Se a tensão no terminal da porta for aumentada, um campo elétrico começará a aumentar e atrairá elétrons livres para a base da interface Si-SiO2.
Uma vez que a tensão é alta o suficiente, os elétrons acabam preenchendo todos os buracos e uma região fina abaixo do portão, conhecida como canal, será invertida para funcionar como um semicondutor do tipo n. Isso criará uma faixa condutora do terminal da fonte para o dreno, permitindo o fluxo de corrente, de modo que o transistor será ligado. Se o terminal do portão estiver aterrado, nenhuma corrente fluirá na junção com polarização reversa, de modo que o transistor será DESLIGADO.
Circuito Transistor NMOS
O projeto da porta NOT usando transistores PMOS e NMOS é mostrado abaixo. Para projetar uma porta NOT, precisamos combinar transistores pMOS e nMOS conectando um transistor pMOS à fonte e um transistor nMOS ao terra. Portanto, o circuito será nosso primeiro exemplo de transistor CMOS.
A porta NOT é um tipo de porta lógica que gera uma entrada invertida como saída. Essa porta também é chamada de inversor. Se a entrada for ‘0’, a saída invertida será ‘1’.
Quando a entrada é zero, ela vai para o transistor pMOS na parte superior e para o transistor nMOS na parte inferior. Uma vez que o valor de entrada '0' atinge o transistor pMOS, ele é invertido em '1'. assim, a conexão com a fonte é interrompida. Portanto, isso gerará um valor lógico '1' se a conexão para o dreno (GND) também estiver fechada. Sabemos que o transistor nMOS não inverterá o valor de entrada, portanto, ele assumirá o valor zero e fará um circuito aberto para o dreno. Então, um valor lógico é gerado para o portão.
Da mesma forma, se o valor de entrada for '1', esse valor será enviado para ambos os transistores no circuito acima. Uma vez que o valor '1' recebe o transistor pMOS, ele será invertido para um 'o'. como resultado, a conexão com a fonte está aberta. Assim que o transistor nMOS receber o valor '1, ele não será invertido. assim, o valor de entrada permanece como um. Uma vez que um valor é recebido pelo transistor nMOS, a conexão em direção ao GND é fechada. Portanto, ele gerará um '0' lógico como saída.
Processo de fabricação
Existem muitas etapas envolvidas no processo de fabricação do transistor NMOS. O mesmo processo pode ser usado para transistores PMOS e CMOS. O material usado com mais frequência nesta fabricação é polissilício ou metal. As etapas do processo de fabricação passo a passo do transistor NMOS são discutidas abaixo.
Passo 1:
Uma fina camada de wafer de silício é transformada em material do tipo P simplesmente dopando com material de boro.
Passo 2:
Uma camada espessa de Sio2 é cultivada em um substrato tipo p completo
Etapa 3:
Agora a superfície é revestida através de um fotorresistente na espessa camada de Sio2.
Passo 4:
Em seguida, essa camada é exposta à luz ultravioleta com uma máscara que descreve as regiões nas quais a difusão deve ocorrer juntamente com os canais do transistor.
Passo 5:
Essas regiões são gravadas mutuamente com o Sio2 subjacente, de modo que a superfície do wafer seja exposta dentro da janela definida pela máscara.
Passo 6:
O fotorresiste residual é separado e uma camada fina de Sio2 é cultivada 0,1 micrômetros tipicamente em toda a face do chip. Em seguida, o polissilício está localizado para formar a estrutura do portão. Um fotorresiste é colocado na camada completa de polissilício e expõe a luz ultravioleta em toda a máscara2.
Passo 7:
Ao aquecer o wafer até a temperatura máxima, as difusões são alcançadas e o gás passa com as impurezas do tipo n desejadas, como o fósforo.
Passo 8:
Uma espessura de um micrômetro de dióxido de silício é cultivada e o material fotorresistente é colocado sobre ele. Exponha a luz ultravioleta (UV) através da mask3 nas regiões preferidas do portão, as regiões de fonte e dreno são gravadas para fazer os cortes de contato.
Passo 9:
Agora, um metal como o alumínio é colocado sobre sua superfície de um micrômetro de largura. Mais uma vez, um material fotorresistente é desenvolvido em todo o metal e exposto à luz UV através da máscara4, que é uma forma gravada para o design de interconexão obrigatório. A estrutura NMOS final é mostrada abaixo.
Transistor PMOS x NMOS
A diferença entre os transistores PMOS e NMOS é discutida abaixo.
| Transistor PMOS | Transistor NMOS |
| Transistor PMOS significa transistor semicondutor de óxido de metal de canal P. | Transistor NMOS significa transistor semicondutor de óxido de metal de canal N. |
| A fonte e o dreno em transistores PMOS são simplesmente feitos com semicondutores do tipo n | A fonte e o dreno no transistor NMOS são simplesmente feitos com semicondutores do tipo p. |
| O substrato deste transistor é feito com um semicondutor tipo n | O substrato deste transistor é feito com o semicondutor tipo p |
| A maioria dos portadores de carga no PMOS são buracos. | A maioria dos portadores de carga no NMOS são elétrons. |
| Em comparação com NMOS, os dispositivos PMOS não são menores. | Os dispositivos NMOS são bastante menores em comparação com os dispositivos PMOS. |
| Os dispositivos PMOS não podem ser comutados mais rapidamente em comparação com os dispositivos NMOS. | Em comparação com os dispositivos PMOS, os dispositivos NMOS podem ser trocados mais rapidamente. |
| O transistor PMOS conduzirá assim que uma baixa tensão for fornecida ao portão. | O transistor NMOS conduzirá assim que uma alta tensão for fornecida ao portão. |
| Estes são mais imunes ao ruído. | Comparados aos PMOS, eles não são imunes a ruídos. |
| A tensão limite (Vth) deste transistor é uma quantidade negativa. | A tensão limite (Vth) deste transistor é uma quantidade positiva. |
Características
o Características I-V do transistor NMOS são mostrados abaixo. A tensão entre o portão e os terminais da fonte 'V GS ’ e também entre a fonte e o dreno ‘V DS ’. Assim, as curvas entre I DS e V DS são obtidos simplesmente aterrando o terminal da fonte, definindo um valor VGS inicial e varrendo V DS de '0' para o valor de tensão DC mais alto dado pelo V DD ao pisar o V GS valor de '0' a V DD . Portanto, para V extremamente baixo GS , o eu DS são extremamente pequenos e terão uma tendência linear. Quando o V GS valor fica alto, então eu DS aprimora e terá a dependência abaixo em V GS & NO DS ;
Se V GS é menor ou igual a V º , então o transistor está na condição OFF e funciona como um circuito aberto.
Se V GS é maior que v º , então existem dois modos de operação.
Se V DS é menor que v GS - NO º , então o transistor funciona no modo linear e funciona como uma resistência (R SOBRE ).
IDS = u eff C boi W/L [(V GS - NO º )NO DS – ½V DS ^2]
Onde,
‘µeff’ é a mobilidade efetiva do portador de carga.
'COX' é a capacitância do óxido de porta para cada unidade de área.
W & L são a largura e o comprimento do canal correspondentemente. o R SOBRE valor é simplesmente controlado pela tensão do portão segue como;
R ON = 1/pol. n C boi W/L [(V GS - NO º )NO DS – ½V DS ^2]
Se VDS for maior ou igual a V GS - NO º , então o transistor funciona dentro do modo de saturação
EU DS = você n C boi W/L [(V GS - NO º )^2 (1+λ V DS ]
Nesta região, quando eu DS é maior, então a corrente é minimamente dependente do V DS valor, no entanto, seu valor mais alto é simplesmente controlado por VGS. A modulação do comprimento do canal ‘λ’ é responsável pelo aumento dentro do IDS por um aumento dentro do VDS nos transistores, devido ao pinch-off. Este Pinch-off ocorre uma vez que ambos os V DS e V GS decidir sobre o padrão de campo elétrico próximo à região de dreno, alterando assim a direção natural dos portadores de carga de suprimento. Este efeito reduz o comprimento do canal eficiente e aumenta I DS . Idealmente, ‘λ’ é equivalente a ‘0’ para que eu DS é totalmente independente do V DS valor dentro da região de saturação.
Assim, trata-se de tudo uma visão geral de um NMOS transistor – fabricação e circuito com funcionamento. O transistor NMOS desempenha um papel fundamental na implementação de portas lógicas, bem como em outros circuitos digitais diferentes. Este é um circuito microeletrônico usado principalmente no projeto de circuitos lógicos, chips de memória e no projeto CMOS. As aplicações mais populares dos transistores NMOS são interruptores e amplificadores de tensão. Aqui está uma pergunta para você, o que é um transistor PMOS?
