మెటల్ ఆక్సైడ్ సెమీకండక్టర్ ట్రాన్సిస్టర్ లేదా MOS ట్రాన్సిస్టర్ అనేది లాజిక్ చిప్స్, ప్రాసెసర్‌లు & ఆధునిక డిజిటల్ మెమరీలలో ప్రాథమిక బిల్డింగ్ బ్లాక్. ఇది మెజారిటీ-క్యారియర్ పరికరం, ఇక్కడ మూలం & కాలువ మధ్య ఉన్న వాహక ఛానెల్‌లోని కరెంట్ గేట్‌కు వర్తించే వోల్టేజ్ ద్వారా మాడ్యులేట్ చేయబడుతుంది. ఈ MOS ట్రాన్సిస్టర్ వివిధ అనలాగ్ & మిక్స్డ్-సిగ్నల్ ICలలో కీలక పాత్ర పోషిస్తుంది. ఈ ట్రాన్సిస్టర్ చాలా అనుకూలమైనది, కాబట్టి యాంప్లిఫైయర్, స్విచ్ లేదా a వలె పనిచేస్తుంది నిరోధకం . కాదు ట్రాన్సిస్టర్లు PMOS & NMOS రెండు రకాలుగా వర్గీకరించబడ్డాయి. కాబట్టి, ఈ వ్యాసం యొక్క అవలోకనాన్ని చర్చిస్తుంది NMOS ట్రాన్సిస్టర్ - తయారీ, సర్క్యూట్ & పని.
NMOS ట్రాన్సిస్టర్ అంటే ఏమిటి?
NMOS (n-ఛానల్ మెటల్-ఆక్సైడ్ సెమీకండక్టర్) ట్రాన్సిస్టర్ అనేది గేట్ ప్రాంతంలో n-రకం డోపాంట్లు ఉపయోగించబడే ఒక రకమైన ట్రాన్సిస్టర్. గేట్ టెర్మినల్‌పై సానుకూల (+ve) వోల్టేజ్ పరికరం ఆన్ అవుతుంది. ఈ ట్రాన్సిస్టర్ ప్రధానంగా ఉపయోగించబడుతుంది CMOS (కాంప్లిమెంటరీ మెటల్-ఆక్సైడ్ సెమీకండక్టర్) డిజైన్ & లాజిక్ & మెమరీ చిప్‌లలో కూడా. PMOS ట్రాన్సిస్టర్‌తో పోలిస్తే, ఈ ట్రాన్సిస్టర్ చాలా వేగంగా ఉంటుంది, కాబట్టి ఎక్కువ ట్రాన్సిస్టర్‌లను ఒకే చిప్‌లో ఉంచవచ్చు. NMOS ట్రాన్సిస్టర్ చిహ్నం క్రింద చూపబడింది.
NMOS ట్రాన్సిస్టర్ ఎలా పని చేస్తుంది?
NMOS ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క పని; NMOS ట్రాన్సిస్టర్ అతితక్కువ వోల్టేజీని పొందినప్పుడు అది ఒక క్లోజ్డ్ సర్క్యూట్‌ను ఏర్పరుస్తుంది అంటే సోర్స్ టెర్మినల్ నుండి డ్రెయిన్‌కు కనెక్షన్ వైర్‌గా పనిచేస్తుంది. కాబట్టి కరెంట్ గేట్ టెర్మినల్ నుండి మూలానికి ప్రవహిస్తుంది. అదేవిధంగా, ఈ ట్రాన్సిస్టర్ సుమారు 0V వద్ద వోల్టేజీని అందుకున్నప్పుడు అది ఓపెన్ సర్క్యూట్‌ను ఏర్పరుస్తుంది అంటే సోర్స్ టెర్మినల్ నుండి డ్రెయిన్‌కు కనెక్షన్ విచ్ఛిన్నమవుతుంది, కాబట్టి గేట్ టెర్మినల్ నుండి కాలువకు కరెంట్ ప్రవహిస్తుంది.
NMOS ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క క్రాస్ సెక్షన్
సాధారణంగా, ఒక NMOS ట్రాన్సిస్టర్ కేవలం p-టైప్ బాడీతో రెండు n-రకం సెమీకండక్టర్ రీజియన్‌ల ద్వారా నిర్మించబడింది, ఇవి మూలం & కాలువ అని పిలువబడే గేట్‌కి ఆనుకొని ఉంటాయి. ఈ ట్రాన్సిస్టర్ మూలం & కాలువ టెర్మినల్స్ మధ్య ఎలక్ట్రాన్ ప్రవాహాన్ని నియంత్రించే ఒక నియంత్రిత గేట్‌ను కలిగి ఉంది.
ఈ ట్రాన్సిస్టర్‌లో, ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క శరీరం గ్రౌన్దేడ్ అయినందున, మూలం & శరీరం వైపు డ్రెయిన్ యొక్క PN జంక్షన్‌లు రివర్స్-బయాస్డ్‌గా ఉంటాయి. గేట్ టెర్మినల్ వద్ద వోల్టేజ్ పెరిగినట్లయితే, ఒక విద్యుత్ క్షేత్రం పెరగడం ప్రారంభమవుతుంది మరియు Si-SiO2 ఇంటర్‌ఫేస్ యొక్క స్థావరానికి ఉచిత ఎలక్ట్రాన్‌లను ఆకర్షిస్తుంది.
ఒకసారి వోల్టేజ్ తగినంత ఎక్కువగా ఉంటే, ఎలక్ట్రాన్లు అన్ని రంధ్రాలను పూరించడానికి & n-రకం సెమీకండక్టర్‌గా పనిచేయడానికి ఛానెల్ అని పిలువబడే గేట్ క్రింద ఉన్న సన్నని ప్రాంతాన్ని విలోమం చేస్తుంది. ఇది కరెంట్ ప్రవాహాన్ని అనుమతించడం ద్వారా సోర్స్ టెర్మినల్ నుండి డ్రెయిన్ వరకు వాహక మార్గాన్ని సృష్టిస్తుంది, కాబట్టి ట్రాన్సిస్టర్ ఆన్ చేయబడుతుంది. గేట్ టెర్మినల్ గ్రౌన్దేడ్ అయినట్లయితే, రివర్స్-బయాస్డ్ జంక్షన్‌లో కరెంట్ ప్రవహించదు కాబట్టి ట్రాన్సిస్టర్ ఆఫ్ చేయబడుతుంది.
NMOS ట్రాన్సిస్టర్ సర్క్యూట్
PMOS మరియు NMOS ట్రాన్సిస్టర్‌లను ఉపయోగించి NOT గేట్ డిజైన్ క్రింద చూపబడింది. NOT గేట్‌ను రూపొందించడానికి, మేము pMOS ట్రాన్సిస్టర్‌ను మూలానికి & nMOS ట్రాన్సిస్టర్‌ను భూమికి కనెక్ట్ చేయడం ద్వారా pMOS & nMOS ట్రాన్సిస్టర్‌లను కలపాలి. కాబట్టి సర్క్యూట్ మా మొదటి CMOS ట్రాన్సిస్టర్ ఉదాహరణ అవుతుంది.
NOT గేట్ అనేది ఒక రకమైన లాజిక్ గేట్, ఇది విలోమ ఇన్‌పుట్‌ను అవుట్‌పుట్‌గా ఉత్పత్తి చేస్తుంది. ఈ గేట్‌ను ఇన్వర్టర్ అని కూడా అంటారు. ఇన్‌పుట్ '0' అయితే, విలోమ అవుట్‌పుట్ '1' అవుతుంది.
ఇన్‌పుట్ సున్నా అయినప్పుడు, అది పైభాగంలో ఉన్న pMOS ట్రాన్సిస్టర్‌కు & దిగువన ఉన్న nMOS ట్రాన్సిస్టర్‌కు వెళుతుంది. ఇన్‌పుట్ విలువ '0' pMOS ట్రాన్సిస్టర్‌కు చేరుకున్న తర్వాత, అది '1'లోకి విలోమం చేయబడుతుంది. అందువలన, మూలం వైపు కనెక్షన్ నిలిపివేయబడింది. డ్రెయిన్ (GND) వైపు కనెక్షన్ కూడా మూసివేయబడితే ఇది లాజిక్ '1' విలువను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. nMOS ట్రాన్సిస్టర్ ఇన్‌పుట్ విలువను విలోమం చేయదని మాకు తెలుసు, కనుక ఇది సున్నా విలువను అలాగే తీసుకుంటుంది మరియు అది కాలువకు ఓపెన్ సర్క్యూట్‌ను చేస్తుంది. కాబట్టి, గేట్ కోసం ఒక తార్కిక విలువ ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది.
అదేవిధంగా, ఇన్‌పుట్ విలువ ‘1’ అయితే, ఈ విలువ పై సర్క్యూట్‌లోని రెండు ట్రాన్సిస్టర్‌లకు పంపబడుతుంది. ఒకసారి '1' విలువ pMOS ట్రాన్సిస్టర్‌ను స్వీకరించిన తర్వాత, అది 'o'కి విలోమం అవుతుంది. ఫలితంగా, మూలం వైపు కనెక్షన్ తెరవబడుతుంది. nMOS ట్రాన్సిస్టర్ '1 విలువను స్వీకరించిన తర్వాత, అది విలోమించబడదు. కాబట్టి, ఇన్‌పుట్ విలువ ఒకటిగానే ఉంటుంది. nMOS ట్రాన్సిస్టర్ ద్వారా ఒక విలువను స్వీకరించిన తర్వాత, GND వైపు కనెక్షన్ మూసివేయబడుతుంది. కనుక ఇది లాజిక్'0'ని అవుట్‌పుట్‌గా ఉత్పత్తి చేస్తుంది.
ఫాబ్రికేషన్ ప్రక్రియ
NMOS ట్రాన్సిస్టర్ తయారీ ప్రక్రియలో అనేక దశలు ఉన్నాయి. ఇదే ప్రక్రియను PMOS మరియు CMOS ట్రాన్సిస్టర్‌లకు ఉపయోగించవచ్చు. ఈ కల్పనలో అత్యంత తరచుగా ఉపయోగించే పదార్థం పాలీసిలికాన్ లేదా మెటల్. NMOS ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క దశల వారీ కల్పన ప్రక్రియ దశలు క్రింద చర్చించబడ్డాయి.
దశ 1:
బోరాన్ పదార్థంతో డోపింగ్ చేయడం ద్వారా సన్నని సిలికాన్ పొర పొర P-రకం పదార్థంగా మార్చబడుతుంది.
దశ 2:
ఒక మందపాటి Sio2 పొర పూర్తి p-రకం ఉపరితలంపై పెరుగుతుంది
దశ 3:
ఇప్పుడు ఉపరితలం మందపాటి Sio2 పొరపై ఫోటోరేసిస్ట్ ద్వారా పూత పూయబడింది.
దశ 4:
తరువాత, ఈ పొర UV కాంతికి ముసుగుతో బహిర్గతమవుతుంది, ఇది ట్రాన్సిస్టర్ ఛానెల్‌లతో సంయుక్తంగా వ్యాప్తి చెందాల్సిన ప్రాంతాలను వివరిస్తుంది.
దశ 5:
ఈ ప్రాంతాలు అంతర్లీన Sio2తో పరస్పరం దూరంగా ఉంటాయి, తద్వారా పొర యొక్క ఉపరితలం ముసుగు ద్వారా నిర్వచించబడిన విండోలో బహిర్గతమవుతుంది.
దశ 6:
అవశేష ఫోటోరేసిస్ట్ వేరు చేయబడింది & సన్నని Sio2 పొరను సాధారణంగా చిప్ మొత్తం ముఖంపై 0.1 మైక్రోమీటర్లు పెంచుతారు. తరువాత, గేట్ నిర్మాణాన్ని రూపొందించడానికి పాలీసిలికాన్ దీనిపై ఉంది. పూర్తి పాలీసిలికాన్ లేయర్‌పై ఫోటోరేసిస్ట్ ఉంచబడుతుంది & మాస్క్‌లో అతినీలలోహిత కాంతిని బహిర్గతం చేస్తుంది2.
దశ 7:
పొరను గరిష్ట ఉష్ణోగ్రతకు వేడి చేయడం ద్వారా, ఫాస్ఫరస్ వంటి కావలసిన n-రకం మలినాలతో వ్యాపనాలు సాధించబడతాయి & వాయువును పంపుతాయి.
దశ 8:
సిలికాన్ డయాక్సైడ్ యొక్క ఒక-మైక్రోమీటర్ మందం అంతటా పెరుగుతుంది & ఫోటోరేసిస్ట్ పదార్థం దానిపై ఉంచబడుతుంది. గేట్ యొక్క ప్రాధాన్య ప్రాంతాలపై ముసుగు3 ద్వారా అతినీలలోహిత కాంతి (UV)ని బహిర్గతం చేయండి, కాంటాక్ట్ కట్‌లను చేయడానికి మూలం & కాలువ ప్రాంతాలు చెక్కబడి ఉంటాయి.
దశ 9:
ఇప్పుడు అల్యూమినియం వంటి లోహం దాని ఒక-మైక్రోమీటర్-వెడల్పు ఉపరితలంపై ఉంచబడింది. మరోసారి ఫోటోరేసిస్ట్ మెటీరియల్‌ని మెటల్ అంతటా పెంచుతారు & మాస్క్4 ద్వారా UV లైట్‌కి బహిర్గతం అవుతుంది, ఇది తప్పనిసరి ఇంటర్‌కనెక్షన్ డిజైన్‌కు చెక్కబడిన రూపం. చివరి NMOS నిర్మాణం క్రింద చూపబడింది.
PMOS Vs NMOS ట్రాన్సిస్టర్
PMOS మరియు NMOS ట్రాన్సిస్టర్‌ల మధ్య వ్యత్యాసం క్రింద చర్చించబడింది.
| PMOS ట్రాన్సిస్టర్ | NMOS ట్రాన్సిస్టర్ |
| PMOS ట్రాన్సిస్టర్ అంటే P-ఛానల్ మెటల్-ఆక్సైడ్-సెమీకండక్టర్ ట్రాన్సిస్టర్. | NMOS ట్రాన్సిస్టర్ అంటే N-ఛానల్ మెటల్-ఆక్సైడ్-సెమీకండక్టర్ ట్రాన్సిస్టర్. |
| PMOS ట్రాన్సిస్టర్‌లలోని మూలం & కాలువలు కేవలం n-రకం సెమీకండక్టర్లతో తయారు చేయబడ్డాయి | NMOS ట్రాన్సిస్టర్‌లోని మూలం & డ్రెయిన్ కేవలం p-టైప్ సెమీకండక్టర్లతో తయారు చేయబడ్డాయి. |
| ఈ ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క సబ్‌స్ట్రేట్ n-రకం సెమీకండక్టర్‌తో తయారు చేయబడింది | ఈ ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క సబ్‌స్ట్రేట్ p-టైప్ సెమీకండక్టర్‌తో తయారు చేయబడింది |
| PMOSలోని ఛార్జ్ క్యారియర్‌లలో ఎక్కువ భాగం రంధ్రాలు. | NMOSలోని ఛార్జ్ క్యారియర్‌లలో ఎక్కువ భాగం ఎలక్ట్రాన్లు. |
| NMOSతో పోలిస్తే, PMOS పరికరాలు చిన్నవి కావు. | PMOS పరికరాలతో పోలిస్తే NMOS పరికరాలు చాలా చిన్నవి. |
| NMOS పరికరాలతో పోలిస్తే PMOS పరికరాలను వేగంగా మార్చడం సాధ్యం కాదు. | PMOS పరికరాలతో పోలిస్తే, NMOS పరికరాలను వేగంగా మార్చవచ్చు. |
| గేట్‌కు తక్కువ వోల్టేజ్ అందించిన తర్వాత PMOS ట్రాన్సిస్టర్ నిర్వహిస్తుంది. | గేట్‌కు అధిక వోల్టేజ్ అందించిన తర్వాత NMOS ట్రాన్సిస్టర్ నిర్వహిస్తుంది. |
| ఇవి శబ్దానికి ఎక్కువ రోగనిరోధక శక్తిని కలిగి ఉంటాయి. | PMOSతో పోలిస్తే, ఇవి శబ్దానికి అతీతం కాదు. |
| ఈ ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క థ్రెషోల్డ్ వోల్టేజ్ (Vth) ప్రతికూల పరిమాణం. | ఈ ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క థ్రెషోల్డ్ వోల్టేజ్ (Vth) సానుకూల పరిమాణం. |
లక్షణాలు
ది NMOS ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క I-V లక్షణాలు క్రింద చూపబడ్డాయి. గేట్ & సోర్స్ టెర్మినల్స్ మధ్య వోల్టేజ్ 'V GS ' & సోర్స్ & డ్రైన్ మధ్య కూడా 'V DS ’. కాబట్టి, I మధ్య వక్రతలు DS మరియు వి DS మూలం యొక్క టెర్మినల్‌ను గ్రౌండింగ్ చేయడం, ప్రారంభ VGS విలువను సెట్ చేయడం & Vని స్వీపింగ్ చేయడం ద్వారా సాధించబడతాయి DS V ద్వారా అందించబడిన '0' నుండి అత్యధిక DC వోల్టేజ్ విలువ వరకు DD V అడుగు పెట్టినప్పుడు GS విలువ '0' నుండి V వరకు DD . కాబట్టి చాలా తక్కువ వి GS , ఐ DS చాలా చిన్నవి & సరళ ధోరణిని కలిగి ఉంటాయి. ఎప్పుడు వి GS విలువ ఎక్కువగా ఉంటుంది, అప్పుడు I DS V పై దిగువ ఆధారపడటాన్ని పెంచుతుంది & కలిగి ఉంటుంది GS & IN DS ;
ఒకవేళ వి GS V కంటే తక్కువ లేదా సమానంగా ఉంటుంది TH , అప్పుడు ట్రాన్సిస్టర్ ఆఫ్ స్థితిలో ఉంది & ఓపెన్ సర్క్యూట్ లాగా పని చేస్తుంది.
ఒకవేళ వి GS V కంటే ఎక్కువ TH , అప్పుడు రెండు ఆపరేటింగ్ మోడ్‌లు ఉన్నాయి.
ఒకవేళ వి DS V కంటే తక్కువ GS - IN TH , అప్పుడు ట్రాన్సిస్టర్ లీనియర్ మోడ్‌లో పనిచేస్తుంది మరియు ప్రతిఘటనగా పనిచేస్తుంది (R పై )
IDS = యు eff సి ఎద్దు W/L [(వి GS - IN TH IN DS - ½ వి DS ^2]
ఎక్కడ,
‘µeff’ అనేది ఛార్జ్ క్యారియర్ యొక్క ప్రభావవంతమైన చలనశీలత.
'COX' అనేది ప్రతి యూనిట్ ప్రాంతానికి గేట్ ఆక్సైడ్ యొక్క కెపాసిటెన్స్.
W & L అనేది ఛానెల్ యొక్క వెడల్పు & పొడవు తదనుగుణంగా. ఆర్ పై విలువ కేవలం గేట్ యొక్క వోల్టేజ్ ద్వారా నియంత్రించబడుతుంది;
ఆర్ ఆన్ = 1/in n సి ఎద్దు W/L [(వి GS - IN TH IN DS - ½ వి DS ^2]
VDS V కంటే ఎక్కువ లేదా సమానంగా ఉంటే GS - IN TH , అప్పుడు ట్రాన్సిస్టర్ సంతృప్త మోడ్‌లో పనిచేస్తుంది
I DS = యు n సి ఎద్దు W/L [(వి GS - IN TH )^2 (1+λ V DS ]
ఈ ప్రాంతంలో, ఐ DS ఎక్కువగా ఉంటుంది, అప్పుడు కరెంట్ కనిష్టంగా Vపై ఆధారపడి ఉంటుంది DS విలువ, అయితే, దాని అత్యధిక విలువ కేవలం VGS ద్వారా నియంత్రించబడుతుంది. ఛానెల్ పొడవు మాడ్యులేషన్ 'λ' ట్రాన్సిస్టర్‌లలో VDSలో పెరుగుదల ద్వారా IDSలో పెరుగుదలకు కారణమవుతుంది, ఎందుకంటే పించ్-ఆఫ్. ఈ పించ్-ఆఫ్ రెండూ V రెండూ ఒకసారి సంభవిస్తాయి DS మరియు వి GS కాలువ ప్రాంతానికి దగ్గరగా ఉన్న విద్యుత్ క్షేత్ర నమూనాను నిర్ణయించండి, తద్వారా సహజ సరఫరా ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల దిశను మారుస్తుంది. ఈ ప్రభావం సమర్థవంతమైన ఛానెల్ యొక్క పొడవును తగ్గిస్తుంది & I పెంచుతుంది DS . ఆదర్శవంతంగా, 'λ' అనేది '0'కి సమానం కాబట్టి I DS V నుండి పూర్తిగా స్వతంత్రంగా ఉంది DS సంతృప్త ప్రాంతంలోని విలువ.
అందువలన, ఇది అన్ని గురించి NMOS యొక్క అవలోకనం ట్రాన్సిస్టర్ - పనితో తయారీ మరియు సర్క్యూట్. లాజిక్ గేట్‌లతో పాటు ఇతర విభిన్న డిజిటల్ సర్క్యూట్‌లను అమలు చేయడంలో NMOS ట్రాన్సిస్టర్ కీలక పాత్ర పోషిస్తుంది. ఇది మైక్రోఎలక్ట్రానిక్ సర్క్యూట్, ఇది ప్రధానంగా లాజిక్ సర్క్యూట్లు, మెమరీ చిప్‌ల రూపకల్పనలో & CMOS డిజైన్‌లో ఉపయోగించబడుతుంది. NMOS ట్రాన్సిస్టర్‌ల యొక్క అత్యంత ప్రజాదరణ పొందిన అనువర్తనాలు స్విచ్‌లు మరియు వోల్టేజ్ యాంప్లిఫైయర్లు. ఇక్కడ మీ కోసం ఒక ప్రశ్న ఉంది, PMOS ట్రాన్సిస్టర్ అంటే ఏమిటి?
