Transistor semikonduktor oksida logam atau transistor MOS adalah blok bangunan dasar dalam chip logika, prosesor & memori digital modern. Ini adalah perangkat pembawa mayoritas, di mana arus dalam saluran penghantar di antara sumber & saluran dimodulasi oleh tegangan yang diberikan ke gerbang. Transistor MOS ini memainkan peran kunci dalam berbagai IC analog & sinyal campuran. Transistor ini cukup adaptif, sehingga berfungsi sebagai penguat, saklar, atau a penghambat . bukan transistor diklasifikasikan menjadi dua jenis PMOS & NMOS. Jadi, artikel ini membahas tentang ikhtisar Transistor NMOS – fabrikasi, sirkuit & kerja.
Apa itu Transistor NMOS?
Transistor NMOS (n-channel metal-oxide semiconductor) adalah salah satu jenis transistor di mana dopan tipe-n digunakan di wilayah gerbang. Tegangan positif (+ve) pada terminal gerbang menyalakan perangkat. Transistor ini terutama digunakan dalam CMOS (semikonduktor oksida logam pelengkap) & juga dalam chip logika & memori. Dibandingkan dengan transistor PMOS, transistor ini sangat cepat, sehingga lebih banyak transistor dapat ditempatkan pada satu chip. Simbol transistor NMOS ditunjukkan di bawah ini.
Bagaimana Cara Kerja Transistor NMOS?
Cara kerja transistor NMOS adalah; ketika transistor NMOS menerima tegangan yang tidak dapat diabaikan maka itu membentuk rangkaian tertutup yang berarti koneksi dari terminal sumber ke saluran pembuangan berfungsi sebagai kabel. Jadi arus mengalir dari terminal gerbang ke sumber. Begitu pula ketika transistor ini menerima tegangan kurang lebih 0V maka membentuk rangkaian terbuka yang berarti hubungan dari terminal sumber ke drain akan terputus, sehingga arus mengalir dari terminal gate ke drain.
Penampang Transistor NMOS
Secara umum, transistor NMOS hanya dibangun dengan badan tipe-p oleh dua daerah semikonduktor tipe-n yang berdekatan dengan gerbang yang dikenal sebagai sumber & saluran. Transistor ini memiliki gerbang pengontrol yang mengontrol aliran elektron antara terminal sumber & saluran.
Dalam transistor ini, karena badan transistor di-ground-kan, sambungan PN dari sumber & saluran menuju badan dibias mundur. Jika tegangan pada terminal gerbang dinaikkan, medan listrik akan mulai meningkat dan menarik elektron bebas ke dasar antarmuka Si-SiO2.
Setelah voltase cukup tinggi, elektron akan mengisi semua lubang & daerah tipis di bawah gerbang yang dikenal sebagai saluran akan dibalik untuk berfungsi sebagai semikonduktor tipe-n. Ini akan membuat jalur penghantar dari terminal sumber ke saluran pembuangan dengan membiarkan aliran arus, sehingga transistor akan ON. Jika terminal gerbang di-ground maka tidak ada arus yang mengalir di sambungan bias mundur sehingga transistor akan dimatikan.
Rangkaian Transistor NMOS
Desain gerbang NOT menggunakan transistor PMOS dan NMOS ditunjukkan di bawah ini. Untuk merancang gerbang NOT, kita perlu menggabungkan transistor pMOS & nMOS dengan menghubungkan transistor pMOS ke sumber & transistor nMOS ke ground. Jadi rangkaian akan menjadi contoh transistor CMOS pertama kita.
Gerbang NOT adalah salah satu jenis gerbang logika yang menghasilkan input terbalik sebagai output. Gerbang ini juga disebut inverter. Jika inputnya adalah '0', output terbalik akan menjadi '1'.
Ketika inputnya nol, maka transistor pMOS di atas & turun ke transistor nMOS di bawah. Setelah nilai input '0' mencapai transistor pMOS, maka dibalik menjadi '1'. dengan demikian, koneksi ke sumber dihentikan. Jadi ini akan menghasilkan nilai logika '1' jika koneksi ke saluran pembuangan (GND) juga ditutup. Kita tahu bahwa transistor nMOS tidak akan membalikkan nilai input, sehingga mengambil nilai nol apa adanya dan itu akan membuat rangkaian terbuka sia-sia. Jadi, satu nilai logis dihasilkan untuk gerbang.
Demikian pula, jika nilai inputnya adalah '1' maka nilai ini dikirim ke kedua transistor di rangkaian di atas. Setelah nilai '1' menerima transistor pMOS, maka itu akan dibalik menjadi 'o'. akibatnya, koneksi ke sumber terbuka. Setelah transistor nMOS menerima nilai '1, maka tidak akan terbalik. jadi, nilai input tetap sebagai satu. Setelah satu nilai diterima oleh transistor nMOS, maka koneksi menuju GND ditutup. Jadi itu akan menghasilkan logika '0' sebagai output.
Proses Fabrikasi
Ada banyak langkah yang terlibat dalam proses fabrikasi transistor NMOS. Proses yang sama dapat digunakan untuk transistor PMOS dan CMOS. Bahan yang paling sering digunakan dalam fabrikasi ini adalah polisilikon atau logam. Langkah-langkah proses pembuatan Transistor NMOS langkah demi langkah dibahas di bawah ini.
Langkah 1:
Lapisan wafer silikon tipis diubah menjadi bahan tipe-P hanya dengan doping dengan bahan Boron.
Langkah 2:
Lapisan Sio2 yang tebal ditumbuhkan pada substrat tipe-p yang lengkap
Langkah3:
Sekarang permukaan dilapisi melalui photoresist pada lapisan Sio2 yang tebal.
Langkah4:
Setelah itu, lapisan ini terkena sinar UV dengan topeng yang menggambarkan daerah-daerah di mana terjadi difusi bersama-sama dengan saluran transistor.
Langkah5:
Daerah ini tergores bersama dengan Sio2 yang mendasarinya sehingga permukaan wafer terbuka di dalam jendela yang ditentukan melalui topeng.
Langkah6:
Photoresist sisa dipisahkan & lapisan tipis Sio2 tumbuh 0,1 mikrometer biasanya di seluruh permukaan chip. Selanjutnya, polisilikon terletak di atasnya untuk membentuk struktur gerbang. Sebuah photoresist ditempatkan pada lapisan polisilikon lengkap & memaparkan sinar ultraviolet ke seluruh topeng2.
Langkah7:
Dengan memanaskan wafer ke suhu maksimum, difusi tercapai & melewatkan gas dengan pengotor tipe-n yang diinginkan seperti Fosfor.
Langkah8:
Silikon dioksida setebal satu mikrometer ditanam di seluruh & bahan photoresist ditempatkan di atasnya. Paparkan sinar ultraviolet (UV) melalui topeng3 pada daerah gerbang yang disukai, daerah sumber & saluran tergores untuk membuat pemotongan kontak.
Langkah9:
Sekarang logam seperti aluminium ditempatkan di atas permukaan selebar satu mikrometer. Sekali lagi bahan photoresist ditanam di seluruh logam & terpapar sinar UV melalui topeng4 yang merupakan bentuk terukir pada desain interkoneksi wajib. Struktur NMOS terakhir ditunjukkan di bawah ini.
Transistor PMOS Vs NMOS
Perbedaan antara transistor PMOS dan NMOS dibahas di bawah ini.
| Transistor PMOS | Transistor NMOS |
| Transistor PMOS adalah singkatan dari transistor metal-oksida-semikonduktor P-channel. | Transistor NMOS adalah singkatan dari N-channel metal-oxide-semiconductor transistor. |
| Sumber & saluran dalam transistor PMOS hanya dibuat dengan semikonduktor tipe-n | Sumber & saluran pembuangan di transistor NMOS dibuat sederhana dengan semikonduktor tipe-p. |
| Substrat transistor ini dibuat dengan semikonduktor tipe-n | Substrat transistor ini dibuat dengan semikonduktor tipe-p |
| Mayoritas pembawa muatan di PMOS adalah lubang. | Mayoritas pembawa muatan di NMOS adalah elektron. |
| Dibandingkan dengan NMOS, perangkat PMOS tidak lebih kecil. | Perangkat NMOS cukup kecil dibandingkan dengan perangkat PMOS. |
| Perangkat PMOS tidak dapat dialihkan lebih cepat dibandingkan dengan perangkat NMOS. | Dibandingkan dengan perangkat PMOS, perangkat NMOS dapat dialihkan lebih cepat. |
| Transistor PMOS akan bekerja setelah tegangan rendah diberikan ke gerbang. | Transistor NMOS akan berjalan setelah tegangan tinggi diberikan ke gerbang. |
| Ini lebih kebal terhadap kebisingan. | Dibandingkan dengan PMOS, ini tidak kebal terhadap kebisingan. |
| Tegangan ambang (Vth) dari transistor ini adalah kuantitas negatif. | Tegangan ambang (Vth) dari transistor ini adalah kuantitas positif. |
Karakteristik
Itu Karakteristik I-V dari transistor NMOS ditampilkan di bawah ini. Tegangan antara gerbang & terminal sumber 'V GS ’ & juga antara sumber & tiriskan ‘V DS '. Jadi, kurva antara I DS dan V DS dicapai dengan hanya membumikan terminal sumber, menetapkan nilai VGS awal & menyapu V DS dari '0' ke nilai tegangan DC tertinggi yang diberikan oleh V DD saat menginjak V GS nilai dari '0' hingga V DD . Jadi untuk V yang sangat rendah GS , saya DS sangat kecil & akan memiliki tren linier. Ketika V GS nilai menjadi tinggi, maka I DS meningkatkan & akan memiliki ketergantungan di bawah pada V GS & DI DS ;
Jika V GS kurang dari atau sama dengan V TH , maka transistor dalam kondisi OFF & berperforma seperti open circuit.
Jika V GS lebih besar dari V TH , maka ada dua mode operasi.
Jika V DS kurang dari V GS - DI TH , maka transistor bekerja dalam mode linier, dan berfungsi sebagai resistansi (R PADA ).
IDS = u eff C sapi W/L [(V GS - DI TH )DI DS – ½ V DS ^2]
Di mana,
'µeff' adalah mobilitas efektif pembawa muatan.
'COX' adalah kapasitansi gerbang oksida untuk setiap satuan luas.
W & L adalah lebar & panjang saluran. R PADA nilai hanya dikendalikan oleh tegangan gerbang berikut sebagai;
R AKTIF = 1/dalam n C sapi W/L [(V GS - DI TH )DI DS – ½ V DS ^2]
Jika VDS lebih besar atau sama dengan V GS - DI TH , maka transistor bekerja dalam mode saturasi
Saya DS = kamu n C sapi W/L [(V GS - DI TH )^2 (1+λV DS ]
Di wilayah ini, ketika I DS lebih tinggi, maka arus tergantung minimal pada V DS nilai, bagaimanapun, nilai tertingginya hanya dikontrol melalui VGS. Modulasi panjang saluran 'λ' menyumbang kenaikan dalam IDS dengan peningkatan VDS dalam transistor, karena pinch-off. Pinch-off ini terjadi setelah kedua V DS dan V GS tentukan pola medan listrik yang dekat dengan daerah pembuangan, sehingga mengubah arah pembawa muatan pasokan alami. Efek ini mengurangi panjang saluran yang efisien & meningkatkan I DS . Idealnya, 'λ' setara dengan '0' sehingga I DS benar-benar independen dari V DS nilai dalam wilayah saturasi.
Jadi, ini semua tentang gambaran umum tentang NMOS transistor - fabrikasi dan sirkuit dengan kerja. Transistor NMOS memainkan peran kunci dalam mengimplementasikan gerbang logika serta rangkaian digital lainnya. Ini adalah sirkuit mikroelektronika yang terutama digunakan dalam desain sirkuit logika, chip memori & dalam desain CMOS. Aplikasi transistor NMOS yang paling populer adalah sakelar dan penguat tegangan. Ini pertanyaan untuk Anda, apa itu transistor PMOS?
