Transistor PMOS : Cara Kerja, Fabrikasi, Penampang & Karakteristiknya

Transistor MOS adalah elemen paling mendasar dalam desain sirkuit terpadu skala besar. Transistor ini umumnya diklasifikasikan menjadi dua jenis PMOS dan NMOS. Gabungan dari transistor NMOS dan PMOS dikenal sebagai a Transistor CMOS . Yang berbeda gerbang logika & perangkat logika digital lainnya yang diimplementasikan harus memiliki logika PMOS. Teknologi ini tidak mahal & memiliki ketahanan yang baik terhadap interferensi. Artikel ini membahas salah satu jenis transistor MOS seperti transistor PMOS.

Apa itu Transistor PMOS?

Transistor PMOS atau semikonduktor oksida logam saluran-P adalah sejenis transistor di mana dopan tipe-p digunakan di daerah saluran atau gerbang. Transistor ini persis kebalikan dari Transistor NMOS. Transistor ini memiliki tiga terminal utama; sumber, gerbang & saluran pembuangan di mana sumber transistor dirancang dengan substrat tipe-p, dan terminal saluran pembuangan dirancang dengan substrat tipe-n. Dalam transistor ini, pembawa muatan seperti lubang bertanggung jawab atas konduksi arus. Simbol transistor PMOS ditunjukkan di bawah ini.

Bagaimana Cara Kerja Transistor PMOS?

Transistor tipe-p bekerja sangat berlawanan dengan transistor tipe-n. Transistor ini akan membentuk rangkaian terbuka setiap kali mendapat tegangan yang tidak dapat diabaikan yang berarti tidak ada aliran listrik dari terminal gerbang (G) ke sumber (S). Demikian pula transistor ini membentuk rangkaian tertutup ketika mendapat tegangan sekitar 0 volt yang berarti arus mengalir dari terminal gate (G) ke drain (D).

Gelembung ini juga dikenal sebagai gelembung inversi. Jadi fungsi utama dari lingkaran ini adalah untuk membalikkan nilai tegangan masukan. Jika terminal gerbang memberikan tegangan 1, maka inverter ini akan mengubahnya menjadi nol dan memfungsikan rangkaian sesuai dengan itu. Jadi fungsi dari transistor PMOS dan transistor NMOS cukup berlawanan. Setelah kami menggabungkannya menjadi satu sirkuit MOS, maka itu akan menjadi sirkuit CMOS (semikonduktor oksida logam komplementer).

Penampang Transistor PMOS

Penampang transistor PMOS ditunjukkan di bawah ini. Transistor pMOS dibangun dengan bodi tipe-n termasuk dua daerah semikonduktor tipe-p yang berdekatan dengan gerbang. Transistor ini memiliki gerbang pengontrol seperti yang ditunjukkan pada diagram yang mengontrol aliran elektron antara dua terminal seperti sumber & tiriskan. Dalam transistor pMOS, bodi ditahan pada tegangan +ve. Setelah terminal gerbang positif, maka terminal sumber & tiriskan dibias balik. Setelah ini terjadi, tidak ada aliran arus, sehingga transistor akan dimatikan.

Setelah suplai tegangan di terminal gerbang diturunkan, maka pembawa muatan positif akan tertarik ke bagian bawah antarmuka Si-SiO2. Setiap kali tegangan menjadi cukup rendah maka saluran akan dibalik dan menciptakan jalur penghantar dari terminal sumber ke saluran pembuangan dengan membiarkan aliran arus.

Setiap kali transistor ini berurusan dengan logika digital biasanya ada dua nilai yang berbeda hanya seperti 1 & 0 (ON dan OFF). Tegangan positif transistor dikenal sebagai VDD yang mewakili nilai logika tinggi (1) dalam rangkaian digital. Level tegangan VDD di logika TTL umumnya sekitar 5V. Saat ini transistor tidak dapat benar-benar menahan tegangan setinggi itu karena biasanya berkisar antara 1.5V – 3.3V. Tegangan rendah sering dikenal sebagai GND atau VSS. Jadi, VSS menandakan logika '0' dan juga diatur secara normal ke 0V.

Rangkaian Transistor PMOS

Desain gerbang NAND menggunakan transistor PMOS dan transistor NMOS ditunjukkan di bawah ini. Umumnya gerbang NAND dalam elektronika digital adalah gerbang logika yang disebut juga gerbang NOT-AND. Keluaran dari gerbang ini rendah (0) hanya jika kedua masukannya tinggi (1) dan keluarannya merupakan komplemen dari gerbang AND. Jika salah satu dari dua input adalah LOW (0), maka akan memberikan hasil output yang tinggi.

Pada rangkaian logika di bawah ini, jika input A adalah 0 dan B adalah 0, maka input A dari pMOS akan menghasilkan '1' dan input A dari nMOS akan menghasilkan '0'. Jadi, gerbang logika ini menghasilkan logika '1' karena terhubung ke sumber melalui rangkaian tertutup & terlepas dari GND melalui rangkaian terbuka.

Ketika A adalah '0' & B” adalah '1', maka A input pMOS akan menghasilkan '1' & A input NMOS akan menghasilkan '0'. Dengan demikian, gerbang ini akan menghasilkan yang logis karena terhubung ke sumber melalui rangkaian tertutup dan terlepas dari GND melalui rangkaian terbuka. Ketika A adalah '1' & B adalah '0', maka input 'B' dari pMOS akan menghasilkan output yang tinggi (1) & input 'B' dari NMOS akan menghasilkan output yang rendah (0). Jadi, gerbang logika ini akan menghasilkan logika 1 karena terhubung ke sumber melalui rangkaian tertutup & terlepas dari GND melalui rangkaian terbuka.

Ketika A adalah '1' & B adalah '1', maka input A dari 'pMOS akan menghasilkan nol, dan input A dari nMOS akan menghasilkan '1'. Konsekuensinya, kita juga harus memverifikasi input B pMOS & nMOS. Input B dari pMOS akan menghasilkan '0' & input B dari nMOS akan menghasilkan '1'. Jadi, gerbang logika ini akan menghasilkan logika '0' karena terlepas dari sumbernya dengan rangkaian terbuka & terhubung ke GND melalui rangkaian tertutup.

Meja kebenaran

Tabel kebenaran dari rangkaian logika di atas diberikan di bawah ini.

Tegangan ambang Transistor PMOS biasanya adalah 'Vgs' yang diperlukan untuk membuat saluran yang dikenal sebagai inversi saluran. Dalam transistor PMOS, substrat & terminal sumber hanya dihubungkan ke 'Vdd'. Jika kita mulai mengurangi tegangan dengan merujuk ke terminal sumber di terminal gerbang dari Vdd ke titik di mana pun Anda melihat inversi saluran, pada posisi ini jika Anda menganalisis Vgs & sumber berada pada potensi tinggi, maka Anda akan mendapatkan nilai negatif. Jadi, transistor PMOS memiliki nilai Vth negatif.

Proses Fabrikasi PMOS

Langkah-langkah yang terlibat dalam fabrikasi transistor PMOS dibahas di bawah ini.

Langkah 1:

Lapisan wafer silikon tipis diubah menjadi bahan tipe-N hanya dengan doping bahan fosfor.

Langkah 2:

Lapisan Silikon dioksida (Sio2) yang tebal ditumbuhkan pada substrat tipe-p lengkap.

Langkah3:

Sekarang permukaan dilapisi dengan photoresist di atas lapisan silikon dioksida yang tebal.

Langkah4:

Setelah itu, lapisan ini hanya terkena sinar UV melalui topeng yang menentukan daerah-daerah di mana difusi akan terjadi bersama dengan saluran transistor.

Langkah5:

Daerah ini tergores bersama dengan silikon dioksida di bawahnya sehingga permukaan wafer terbuka di dalam jendela yang ditentukan oleh topeng.

Langkah6:

Photoresist yang tersisa terlepas & lapisan tipis Sio2 tumbuh biasanya 0,1 mikrometer di seluruh permukaan chip. Setelah itu, polisilikon ditempatkan di atasnya untuk membentuk struktur gerbang. Sebuah photoresist ditempatkan di atas seluruh lapisan polisilikon & memaparkan sinar UV melalui topeng2.

Langkah7:

Difusi dicapai melalui pemanasan wafer hingga suhu maksimum & melewatkan gas dengan pengotor tipe-p yang diinginkan seperti Boron.

Langkah8:

Silikon dioksida setebal 1 mikrometer ditanam & bahan photoresist diendapkan di atasnya. Paparkan sinar ultraviolet dengan topeng3 pada area yang disukai dari gerbang, sumber & saluran yang tergores untuk membuat potongan kontak.

Langkah9:

Sekarang logam atau aluminium diendapkan di atas permukaan setebal 1 mikrometernya. Sekali lagi bahan photoresist tumbuh di seluruh logam & memaparkan sinar UV melalui topeng4 yang tergores untuk membentuk desain interkoneksi yang diperlukan. Struktur PMOS akhir ditunjukkan di bawah ini.

Karakteristik Transistor PMOS

Karakteristik transistor I-V PMOS ditunjukkan di bawah ini. Karakteristik ini dibagi menjadi dua wilayah untuk mendapatkan hubungan antara arus drain ke sumber (I DS) serta tegangan terminalnya seperti wilayah linier & saturasi.

Di wilayah liner, IDS akan meningkat secara linier ketika VDS (tegangan tiriskan ke sumber) meningkat sedangkan di wilayah saturasi, I DS stabil & tidak tergantung pada VDS. Hubungan utama antara ISD (sumber untuk mengalirkan arus) & tegangan terminalnya diperoleh dengan prosedur serupa dari transistor NMOS. Dalam hal ini, satu-satunya perubahan adalah pembawa muatan yang ada di dalam lapisan inversi hanyalah lubang. Ketika lubang berpindah dari sumber ke saluran pembuangan maka aliran arusnya juga sama.

Dengan demikian, tanda negatif muncul dalam persamaan saat ini. Selain itu, semua bias yang diterapkan pada terminal perangkat adalah negatif. Jadi, karakteristik ID-VDS transistor PMOS ditunjukkan di bawah ini.
Persamaan arus drain untuk transistor PMOS di wilayah linier diberikan sebagai:

ID = – mp Cox

Demikian juga, persamaan arus Tiriskan untuk transistor PMOS di wilayah saturasi diberikan sebagai:

ID = – mp Cox (VSG – | VTH |p )^2

Di mana 'mp' adalah mobilitas lubang & '|VTH| p' adalah tegangan ambang transistor PMOS.

Dalam persamaan di atas, tanda negatif akan menunjukkan bahwa ID( mengalirkan arus ) mengalir dari saluran pembuangan (D) ke sumber (S) sedangkan lubang mengalir ke arah yang berlawanan. Ketika mobilitas lubang rendah dibandingkan dengan mobilitas elektron maka transistor PMOS menderita dari kemampuan drive arus rendah.

Jadi, ini semua tentang ikhtisar transistor PMOS atau transistor mos tipe-p - fabrikasi, sirkuit, dan cara kerjanya. PMOS transistor dirancang dengan p-sumber, n-substrat & tiriskan. Pembawa muatan PMOS adalah lubang. Transistor ini berjalan setelah tegangan rendah diterapkan di terminal gerbang. Perangkat berbasis PMOS kurang rentan terhadap interferensi dibandingkan dengan perangkat NMOS. Transistor ini dapat digunakan sebagai resistor yang dikontrol tegangan, beban aktif, cermin arus, penguat trans-impedansi, dan juga digunakan dalam sakelar dan penguat tegangan. Ini pertanyaan untuk Anda, apa itu transistor NMOS?