పెద్ద-స్థాయి ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్ డిజైన్‌లో MOS ట్రాన్సిస్టర్ అత్యంత ప్రాథమిక అంశం. ఈ ట్రాన్సిస్టర్‌లను సాధారణంగా PMOS మరియు NMOS అని రెండు రకాలుగా వర్గీకరిస్తారు. NMOS మరియు PMOS ట్రాన్సిస్టర్‌ల కలయికను a అంటారు CMOS ట్రాన్సిస్టర్ . భిన్నమైనది లాజిక్ గేట్లు & అమలు చేయబడిన ఇతర డిజిటల్ లాజిక్ పరికరాలు తప్పనిసరిగా PMOS లాజిక్‌ను కలిగి ఉండాలి. ఈ సాంకేతికత చవకైనది & జోక్యానికి మంచి నిరోధకతను కలిగి ఉంటుంది. ఈ వ్యాసం PMOS ట్రాన్సిస్టర్ వంటి MOS ట్రాన్సిస్టర్‌లలో ఒకదానిని చర్చిస్తుంది.
PMOS ట్రాన్సిస్టర్ అంటే ఏమిటి?
PMOS ట్రాన్సిస్టర్ లేదా P-ఛానల్ మెటల్ ఆక్సైడ్ సెమీకండక్టర్ అనేది ఒక రకమైన ట్రాన్సిస్టర్, ఇక్కడ p-రకం డోపాంట్లు ఛానెల్ లేదా గేట్ ప్రాంతంలో ఉపయోగించబడతాయి. ఈ ట్రాన్సిస్టర్ సరిగ్గా NMOS ట్రాన్సిస్టర్‌కి రివర్స్. ఈ ట్రాన్సిస్టర్లు మూడు ప్రధాన టెర్మినల్స్ కలిగి ఉంటాయి; మూలం, గేట్ & డ్రెయిన్, ఇక్కడ ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క మూలం p-టైప్ సబ్‌స్ట్రేట్‌తో రూపొందించబడింది మరియు డ్రెయిన్ టెర్మినల్ n-రకం సబ్‌స్ట్రేట్‌తో రూపొందించబడింది. ఈ ట్రాన్సిస్టర్‌లో, రంధ్రాల వంటి ఛార్జ్ క్యారియర్లు కరెంట్ యొక్క ప్రసరణకు బాధ్యత వహిస్తాయి. PMOS ట్రాన్సిస్టర్ చిహ్నాలు క్రింద చూపబడ్డాయి.
PMOS ట్రాన్సిస్టర్ ఎలా పని చేస్తుంది?
p-రకం ట్రాన్సిస్టర్ పని చేయడం n-రకం ట్రాన్సిస్టర్‌కి చాలా వ్యతిరేకం. ఈ ట్రాన్సిస్టర్ అతితక్కువ వోల్టేజీని పొందినప్పుడల్లా ఓపెన్ సర్క్యూట్‌ను ఏర్పరుస్తుంది, అంటే గేట్ (G) టెర్మినల్ నుండి మూలం (S)కి విద్యుత్ ప్రవాహం ఉండదు. అదేవిధంగా, ఈ ట్రాన్సిస్టర్ దాదాపు 0 వోల్ట్‌ల వద్ద వోల్టేజీని పొందినప్పుడు క్లోజ్డ్ సర్క్యూట్‌ను ఏర్పరుస్తుంది, అంటే గేట్ (G) టెర్మినల్ నుండి డ్రెయిన్ (D) వరకు కరెంట్ ప్రవహిస్తుంది.
ఈ బబుల్‌ని ఇన్వర్షన్ బబుల్ అని కూడా అంటారు. కాబట్టి ఈ సర్కిల్ యొక్క ప్రధాన విధి ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ విలువను విలోమం చేయడం. గేట్ టెర్మినల్ 1 వోల్టేజీని అందిస్తే, ఈ ఇన్వర్టర్ దానిని సున్నాగా మారుస్తుంది మరియు తదనుగుణంగా సర్క్యూట్‌ను పని చేస్తుంది. కాబట్టి PMOS ట్రాన్సిస్టర్ మరియు NMOS ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క పనితీరు చాలా విరుద్ధంగా ఉంటుంది. మేము వాటిని ఒకే MOS సర్క్యూట్‌లో విలీనం చేసిన తర్వాత, అది CMOS (కాంప్లిమెంటరీ మెటల్-ఆక్సైడ్ సెమీకండక్టర్) సర్క్యూట్ అవుతుంది.
PMOS ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క క్రాస్ సెక్షన్
PMOS ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క క్రాస్-సెక్షన్ క్రింద చూపబడింది. ఒక pMOS ట్రాన్సిస్టర్ గేట్ ప్రక్కనే ఉన్న రెండు p-రకం సెమీకండక్టర్ ప్రాంతాలతో సహా n-రకం బాడీతో నిర్మించబడింది. ఈ ట్రాన్సిస్టర్ రేఖాచిత్రంలో చూపిన విధంగా నియంత్రిత గేట్‌ను కలిగి ఉంది, ఇది మూలం & కాలువ వంటి రెండు టెర్మినల్స్ మధ్య ఎలక్ట్రాన్ల ప్రవాహాన్ని నియంత్రిస్తుంది. pMOS ట్రాన్సిస్టర్‌లో, శరీరం +ve వోల్టేజ్ వద్ద ఉంచబడుతుంది. గేట్ టెర్మినల్ సానుకూలంగా ఉన్న తర్వాత, మూలం & కాలువ టెర్మినల్స్ రివర్స్-బయాస్డ్‌గా ఉంటాయి. ఇది జరిగిన తర్వాత, కరెంట్ ప్రవాహం ఉండదు, కాబట్టి ట్రాన్సిస్టర్ ఆఫ్ చేయబడుతుంది.
గేట్ టెర్మినల్ వద్ద వోల్టేజ్ సరఫరా తగ్గించబడిన తర్వాత, సానుకూల చార్జ్ క్యారియర్లు Si-SiO2 ఇంటర్‌ఫేస్ దిగువకు ఆకర్షితులవుతాయి. వోల్టేజ్ తగినంతగా తగ్గినప్పుడల్లా ఛానెల్ విలోమం చేయబడుతుంది మరియు కరెంట్ ప్రవాహాన్ని అనుమతించడం ద్వారా సోర్స్ టెర్మినల్ నుండి డ్రెయిన్ వరకు వాహక మార్గాన్ని సృష్టిస్తుంది.
ఈ ట్రాన్సిస్టర్లు డిజిటల్ లాజిక్‌తో వ్యవహరించినప్పుడల్లా సాధారణంగా 1 & 0 (ఆన్ మరియు ఆఫ్) వంటి రెండు వేర్వేరు విలువలను కలిగి ఉంటాయి. ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క సానుకూల వోల్టేజ్‌ను VDD అని పిలుస్తారు, ఇది డిజిటల్ సర్క్యూట్‌లలో లాజిక్ హై (1) విలువను సూచిస్తుంది. VDD వోల్టేజ్ స్థాయిలు TTL లాజిక్ సాధారణంగా 5V చుట్టూ ఉండేవి. ప్రస్తుతం ట్రాన్సిస్టర్లు అటువంటి అధిక వోల్టేజీలను తట్టుకోలేవు ఎందుకంటే అవి సాధారణంగా 1.5V - 3.3V వరకు ఉంటాయి. తక్కువ వోల్టేజీని తరచుగా GND లేదా VSS అంటారు. కాబట్టి, VSS లాజిక్ '0'ని సూచిస్తుంది మరియు ఇది సాధారణంగా 0Vకి సెట్ చేయబడింది.
PMOS ట్రాన్సిస్టర్ సర్క్యూట్
PMOS ట్రాన్సిస్టర్ మరియు NMOS ట్రాన్సిస్టర్ ఉపయోగించి NAND గేట్ డిజైన్ క్రింద చూపబడింది. సాధారణంగా, డిజిటల్ ఎలక్ట్రానిక్స్‌లో NAND గేట్ లాజిక్ గేట్, దీనిని NOT-AND గేట్ అని కూడా అంటారు. ఈ గేట్ యొక్క అవుట్‌పుట్ తక్కువగా ఉంటుంది (0) రెండు ఇన్‌పుట్‌లు ఎక్కువగా ఉంటే (1) మరియు దాని అవుట్‌పుట్ AND గేట్‌కు పూరకంగా ఉంటుంది. రెండు ఇన్‌పుట్‌లలో ఏదైనా తక్కువ (0) ఉంటే, అది అధిక అవుట్‌పుట్ ఫలితాలను ఇస్తుంది.
దిగువ లాజిక్ సర్క్యూట్‌లో, ఇన్పుట్ A 0 మరియు B 0 అయితే, pMOS యొక్క ఇన్పుట్ '1'ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది మరియు nMOS యొక్క ఇన్పుట్ '0'ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది. కాబట్టి, ఈ లాజిక్ గేట్ ఒక తార్కిక '1'ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది ఎందుకంటే ఇది ఒక క్లోజ్డ్ సర్క్యూట్ ద్వారా మూలానికి కనెక్ట్ చేయబడింది & ఓపెన్ సర్క్యూట్ ద్వారా GND నుండి వేరు చేయబడుతుంది.
A '0' & B' '1' అయినప్పుడు, pMOS యొక్క ఇన్పుట్ '1'ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది & NMOS యొక్క ఇన్పుట్ '0'ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది. అందువల్ల, ఈ గేట్ ఒక తార్కికమైనదాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది ఎందుకంటే ఇది క్లోజ్డ్ సర్క్యూట్ ద్వారా మూలానికి అనుసంధానించబడి మరియు ఓపెన్ సర్క్యూట్ ద్వారా GND నుండి వేరు చేయబడుతుంది. A '1' & B '0' అయినప్పుడు, pMOS యొక్క 'B' ఇన్పుట్ అధిక అవుట్‌పుట్ (1) మరియు NMOS యొక్క 'B' ఇన్పుట్ తక్కువ (0) అవుట్‌పుట్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. కాబట్టి, ఈ లాజిక్ గేట్ ఒక లాజికల్ 1ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది ఎందుకంటే ఇది క్లోజ్డ్ సర్క్యూట్ ద్వారా మూలానికి కనెక్ట్ చేయబడింది & ఓపెన్ సర్క్యూట్ ద్వారా GND నుండి వేరు చేయబడుతుంది.
A '1' & B '1' అయినప్పుడు, pMOS యొక్క ఇన్పుట్ సున్నాని ఉత్పత్తి చేస్తుంది మరియు nMOS యొక్క ఇన్పుట్ '1'ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది. పర్యవసానంగా, మేము pMOS & nMOS యొక్క B ఇన్‌పుట్‌ను కూడా ధృవీకరించాలి. pMOS యొక్క B ఇన్పుట్ '0'ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది & nMOS యొక్క B ఇన్పుట్ '1'ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది. కాబట్టి, ఈ లాజిక్ గేట్ ఒక తార్కిక '0'ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది ఎందుకంటే ఇది ఓపెన్ సర్క్యూట్ ద్వారా మూలం నుండి వేరు చేయబడి & క్లోజ్డ్ సర్క్యూట్ ద్వారా GNDకి కనెక్ట్ చేయబడింది.
సత్య పట్టిక
పై లాజిక్ సర్క్యూట్ యొక్క సత్య పట్టిక క్రింద ఇవ్వబడింది.
|
ఎ |
బి |
సి |
|
0 |
0 | 1 |
|
0 |
1 | 1 |
| 1 | 0 |
1 |
| 1 | 1 |
0 |
PMOS ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క థ్రెషోల్డ్ వోల్టేజ్ సాధారణంగా ఛానెల్ విలోమం అని పిలువబడే ఛానెల్‌ని సృష్టించడానికి అవసరమైన 'Vgs'. PMOS ట్రాన్సిస్టర్‌లో, సబ్‌స్ట్రేట్ & సోర్స్ టెర్మినల్స్ కేవలం 'Vdd'కి కనెక్ట్ చేయబడతాయి. Vdd నుండి గేట్ టెర్మినల్ వద్ద మూలాధార టెర్మినల్‌ను సూచించడం ద్వారా మేము వోల్టేజ్‌ను తగ్గించడం ప్రారంభిస్తే, మీరు ఛానెల్ విలోమాన్ని గమనించిన ప్రతి చోటా, ఈ స్థానంలో మీరు Vgs & సోర్స్ అధిక సంభావ్యతను విశ్లేషిస్తే, మీరు ప్రతికూల విలువను పొందుతారు. కాబట్టి, PMOS ట్రాన్సిస్టర్ ప్రతికూల Vth విలువను కలిగి ఉంటుంది.
PMOS ఫాబ్రికేషన్ ప్రక్రియ
PMOS ట్రాన్సిస్టర్ తయారీకి సంబంధించిన దశలు క్రింద చర్చించబడ్డాయి.
దశ 1:
ఒక సన్నని సిలికాన్ పొర పొర కేవలం ఫాస్పరస్ పదార్థాన్ని డోపింగ్ చేయడం ద్వారా N-రకం పదార్థంగా మార్చబడుతుంది.
దశ 2:
ఒక మందపాటి సిలికాన్ డయాక్సైడ్ (Sio2) పొర పూర్తి p-రకం ఉపరితలంపై పెరుగుతుంది.
దశ 3:
ఇప్పుడు ఉపరితలం మందపాటి సిలికాన్ డయాక్సైడ్ పొరపై ఫోటోరేసిస్ట్‌తో పూత పూయబడింది.
దశ 4:
ఆ తర్వాత, ఈ పొర కేవలం ట్రాన్సిస్టర్ చానెల్స్‌తో కలిసి వ్యాప్తి చెందాల్సిన ప్రాంతాలను నిర్వచించే ముసుగు ద్వారా UV కాంతికి బహిర్గతమవుతుంది.
దశ 5:
ఈ ప్రాంతాలు అంతర్లీన సిలికాన్ డయాక్సైడ్‌తో పరస్పరం దూరంగా ఉంటాయి, తద్వారా పొర యొక్క ఉపరితలం ముసుగు ద్వారా నిర్వచించబడిన విండోలో బహిర్గతమవుతుంది.
దశ 6:
మిగిలిన ఫోటోరేసిస్ట్ వేరు చేయబడింది & సన్నని Sio2 పొర చిప్ యొక్క మొత్తం ఉపరితలంపై సాధారణంగా 0.1 మైక్రోమీటర్లు పెరుగుతుంది. ఆ తరువాత, గేట్ యొక్క నిర్మాణాన్ని రూపొందించడానికి పాలీసిలికాన్ దానిపై ఉంచబడుతుంది. మొత్తం పాలీసిలికాన్ లేయర్‌పై ఫోటోరేసిస్ట్ ఉంచబడుతుంది & మాస్క్2 ద్వారా UV కాంతిని బహిర్గతం చేస్తుంది.
దశ 7:
గరిష్ట ఉష్ణోగ్రతకు పొర వేడి చేయడం & బోరాన్ వంటి కావలసిన p-రకం మలినాలతో వాయువును పంపడం ద్వారా వ్యాప్తి చెందుతుంది.
దశ 8:
1-మైక్రోమీటర్ మందం కలిగిన సిలికాన్ డయాక్సైడ్‌ను పెంచారు & ఫోటోరేసిస్ట్ పదార్థం దానిపై నిక్షిప్తం చేయబడింది. కాంటాక్ట్ కట్‌లను చేయడానికి చెక్కబడిన గేట్, సోర్స్ & డ్రెయిన్ యొక్క ప్రాధాన్య ప్రాంతాలపై ముసుగు3తో అతినీలలోహిత కాంతిని బహిర్గతం చేయండి.
దశ 9:
ఇప్పుడు దాని 1-మైక్రోమీటర్ మందం ఉపరితలంపై ఒక మెటల్ లేదా అల్యూమినియం నిక్షిప్తం చేయబడింది. మళ్ళీ ఫోటోరేసిస్ట్ మెటీరియల్‌ని మెటల్ అంతటా పెంచుతారు & UV కాంతిని ముసుగు4 ద్వారా బహిర్గతం చేస్తారు, ఇది అవసరమైన ఇంటర్‌కనెక్షన్ డిజైన్‌ను రూపొందించడానికి చెక్కబడింది. చివరి PMOS నిర్మాణం క్రింద చూపబడింది.
PMOS ట్రాన్సిస్టర్ లక్షణాలు
PMOS ట్రాన్సిస్టర్ I-V లక్షణాలు క్రింద చూపబడ్డాయి. డ్రెయిన్ నుండి సోర్స్ కరెంట్ (I DS) అలాగే దాని టెర్మినల్ వోల్టేజ్‌ల వంటి లీనియర్ & సంతృప్త ప్రాంతాల మధ్య సంబంధాన్ని పొందేందుకు ఈ లక్షణాలు రెండు ప్రాంతాలుగా విభజించబడ్డాయి.
లైనర్ ప్రాంతంలో, VDS (డ్రెయిన్ టు సోర్స్ వోల్టేజ్) పెరిగినప్పుడు IDS లీనియర్‌గా పెరుగుతుంది, అయితే సంతృప్త ప్రాంతంలో, I DS స్థిరంగా ఉంటుంది & ఇది VDS నుండి స్వతంత్రంగా ఉంటుంది. ISD (ప్రవాహానికి మూలం) & దాని టెర్మినల్ వోల్టేజీల మధ్య ప్రధాన సంబంధం NMOS ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క సారూప్య విధానం ద్వారా ఉద్భవించింది. ఈ సందర్భంలో, ఇన్వర్షన్ లేయర్‌లో ఉండే ఛార్జ్ క్యారియర్లు కేవలం రంధ్రాలే మాత్రమే మార్పు. రంధ్రాలు మూలం నుండి కాలువకు మారినప్పుడు కరెంట్ ప్రవాహం కూడా అదే విధంగా ఉంటుంది.
అందువలన, ప్రతికూల సంకేతం ప్రస్తుత సమీకరణంలో కనిపిస్తుంది. అదనంగా, పరికరం యొక్క టెర్మినల్స్ వద్ద అన్ని అనువర్తిత పక్షపాతాలు ప్రతికూలంగా ఉంటాయి. కాబట్టి, PMOS ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క ID - VDS లక్షణాలు క్రింద చూపబడ్డాయి.
సరళ ప్రాంతంలో PMOS ట్రాన్సిస్టర్ కోసం కాలువ ప్రస్తుత సమీకరణం ఇలా ఇవ్వబడింది:
ID = – mp కాక్స్
అదేవిధంగా, సంతృప్త ప్రాంతంలో PMOS ట్రాన్సిస్టర్ కోసం డ్రెయిన్ కరెంట్ సమీకరణం ఇలా ఇవ్వబడింది:
ID = – mp కాక్స్ (VSG – | V TH |p )^2
ఇక్కడ ‘mp’ అనేది రంధ్రం యొక్క చలనశీలత & ‘|VTH| p' అనేది PMOS ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క థ్రెషోల్డ్ వోల్టేజ్.
పై సమీకరణంలో, ప్రతికూల సంకేతం ID( కాలువ ప్రస్తుత ) కాలువ (D) నుండి మూలం (S) వరకు ప్రవహిస్తుంది, అయితే రంధ్రాలు వ్యతిరేక దిశలో ప్రవహిస్తాయి. ఎలక్ట్రాన్ మొబిలిటీతో పోలిస్తే రంధ్రం యొక్క చలనశీలత తక్కువగా ఉన్నప్పుడు, PMOS ట్రాన్సిస్టర్లు తక్కువ కరెంట్ డ్రైవ్ యొక్క సామర్ధ్యంతో బాధపడతాయి.
కాబట్టి, ఇదంతా PMOS ట్రాన్సిస్టర్ లేదా p-టైప్ మోస్ ట్రాన్సిస్టర్ - ఫాబ్రికేషన్, సర్క్యూట్ మరియు దాని పని యొక్క అవలోకనం. PMOS ట్రాన్సిస్టర్లు రూపొందించబడ్డాయి పి-సోర్స్, ఎన్-సబ్‌స్ట్రేట్ & డ్రెయిన్‌తో. PMOS యొక్క ఛార్జ్ క్యారియర్లు రంధ్రాలు. గేట్ టెర్మినల్ వద్ద తక్కువ వోల్టేజ్ వర్తించబడిన తర్వాత ఈ ట్రాన్సిస్టర్ నిర్వహిస్తుంది. NMOS పరికరాలతో పోలిస్తే PMOS-ఆధారిత పరికరాలు అంతరాయం కలిగించే అవకాశం తక్కువ. ఈ ట్రాన్సిస్టర్‌లను వోల్టేజ్-నియంత్రిత రెసిస్టర్‌లు, యాక్టివ్ లోడ్‌లు, కరెంట్ మిర్రర్లు, ట్రాన్స్-ఇంపెడెన్స్ యాంప్లిఫైయర్‌లుగా ఉపయోగించవచ్చు మరియు స్విచ్‌లు మరియు వోల్టేజ్ యాంప్లిఫైయర్‌లలో కూడా ఉపయోగించవచ్చు. ఇక్కడ మీ కోసం ఒక ప్రశ్న ఉంది, NMOS ట్రాన్సిస్టర్ అంటే ఏమిటి?
