Transistor MOS là thành phần cơ bản nhất trong thiết kế mạch tích hợp quy mô lớn. Các bóng bán dẫn này thường được phân loại thành hai loại PMOS và NMOS. Sự kết hợp giữa các bóng bán dẫn NMOS và PMOS được gọi là bóng bán dẫn CMOS . sự khác biệt cổng logic & các thiết bị logic kỹ thuật số khác được triển khai phải có logic PMOS. Công nghệ này không tốn kém và có khả năng chống nhiễu tốt. Bài viết này thảo luận về một trong những loại bóng bán dẫn MOS như bóng bán dẫn PMOS.
Transistor PMOS là gì?
Bóng bán dẫn PMOS hoặc chất bán dẫn oxit kim loại kênh P là một loại bóng bán dẫn trong đó các chất dẫn xuất loại p được sử dụng trong vùng kênh hoặc cổng. Transistor này hoàn toàn ngược lại với Transistor NMOS. Những bóng bán dẫn này có ba thiết bị đầu cuối chính; nguồn, cổng & cống trong đó nguồn của bóng bán dẫn được thiết kế với đế loại p và cực cống được thiết kế với đế loại n. Trong bóng bán dẫn này, các hạt mang điện như lỗ trống chịu trách nhiệm dẫn dòng điện. Các ký hiệu bóng bán dẫn PMOS được hiển thị bên dưới.
Transistor PMOS hoạt động như thế nào?
Transistor loại p hoạt động hoàn toàn ngược lại với tranzito loại n. Bóng bán dẫn này sẽ tạo thành mạch hở bất cứ khi nào nó nhận được điện áp không đáng kể, điều đó có nghĩa là không có dòng điện từ cực cổng (G) đến nguồn (S). Tương tự, bóng bán dẫn này tạo thành một mạch kín khi nó có điện áp khoảng 0 vôn, nghĩa là dòng điện chạy từ cực cổng (G) đến cực cống (D).
Bong bóng này còn được gọi là bong bóng đảo ngược. Vì vậy, chức năng chính của vòng tròn này là đảo ngược giá trị điện áp đầu vào. Nếu thiết bị đầu cuối cổng cung cấp điện áp 1, thì biến tần này sẽ thay đổi nó thành 0 và vận hành mạch tương ứng. Vì vậy, chức năng của bóng bán dẫn PMOS và bóng bán dẫn NMOS hoàn toàn trái ngược nhau. Sau khi chúng tôi hợp nhất chúng thành một mạch MOS duy nhất, thì mạch đó sẽ trở thành mạch CMOS (chất bán dẫn oxit kim loại bổ sung).
Mặt cắt ngang của bóng bán dẫn PMOS
Mặt cắt ngang của bóng bán dẫn PMOS được hiển thị bên dưới. Một bóng bán dẫn pMOS được chế tạo với thân loại n bao gồm hai vùng bán dẫn loại p tiếp giáp với cổng. Bóng bán dẫn này có một cổng điều khiển như trong sơ đồ điều khiển dòng điện tử giữa hai cực như nguồn & cống. Trong bóng bán dẫn pMOS, cơ thể được giữ ở điện áp + ve. Khi thiết bị đầu cuối cổng là dương, thì thiết bị đầu cuối nguồn & cống được phân cực ngược. Khi điều này xảy ra, sẽ không có dòng điện chạy qua, vì vậy bóng bán dẫn sẽ TẮT.
Khi nguồn cung cấp điện áp ở đầu cực cổng bị hạ xuống, thì các hạt mang điện tích dương sẽ bị hút vào đáy của giao diện Si-SiO2. Bất cứ khi nào điện áp đủ thấp thì kênh sẽ được đảo ngược và tạo ra một đường dẫn từ cực nguồn đến cống bằng cách cho phép dòng điện chạy qua.
Bất cứ khi nào các bóng bán dẫn này xử lý logic kỹ thuật số, thường có hai giá trị khác nhau chỉ như 1 & 0 (BẬT và TẮT). Điện áp dương của bóng bán dẫn được gọi là VDD, đại diện cho giá trị logic cao (1) trong các mạch kỹ thuật số. Các mức điện áp VDD trong logic TTL nói chung là khoảng 5V. Hiện tại các bóng bán dẫn thực sự không thể chịu được điện áp cao như vậy vì chúng thường nằm trong khoảng từ 1,5V – 3,3V. Điện áp thấp thường được gọi là GND hoặc VSS. Vì vậy, VSS biểu thị logic '0' và nó cũng được đặt bình thường thành 0V.
Mạch bán dẫn PMOS
Thiết kế cổng NAND sử dụng bóng bán dẫn PMOS và bóng bán dẫn NMOS được hiển thị bên dưới. Nói chung, cổng NAND trong thiết bị điện tử kỹ thuật số là cổng logic còn được gọi là cổng NOT-AND. Đầu ra của cổng này ở mức thấp (0) chỉ khi hai đầu vào ở mức cao (1) và đầu ra của nó là phần bổ sung cho cổng AND. Nếu bất kỳ đầu vào nào trong hai đầu vào THẤP (0), thì nó cho kết quả đầu ra cao.
Trong mạch logic dưới đây, nếu đầu vào A là 0 và B là 0, thì đầu vào A của pMOS sẽ tạo ra '1' và đầu vào A của nMOS sẽ tạo ra '0'. Vì vậy, cổng logic này tạo ra logic '1' vì nó được kết nối với nguồn bằng một mạch kín & được tách ra khỏi GND thông qua một mạch hở.
Khi A là '0' & B' là '1', thì đầu vào A của pMOS sẽ tạo ra '1' & Đầu vào NMOS sẽ tạo ra '0'. Do đó, cổng này sẽ tạo ra một cổng hợp lý vì nó được kết nối với nguồn thông qua một mạch kín và được tách ra khỏi GND bằng một mạch hở. Khi A là '1' & B là '0', thì đầu vào 'B' của pMOS sẽ tạo ra đầu ra cao (1) & đầu vào 'B' của NMOS sẽ tạo ra đầu ra ở mức thấp (0). Vì vậy, cổng logic này sẽ tạo ra logic 1 vì nó được kết nối với nguồn thông qua một mạch kín & được tách ra khỏi GND bằng một mạch hở.
Khi A là '1' & B là '1', thì đầu vào A của 'pMOS sẽ tạo ra số 0 và đầu vào A của nMOS sẽ tạo ra '1'. Do đó, chúng ta cũng nên xác minh đầu vào B của pMOS & nMOS. Đầu vào B của pMOS sẽ tạo ra '0' & đầu vào B của nMOS sẽ tạo ra '1'. Vì vậy, cổng logic này sẽ tạo ra logic '0' vì nó được tách ra khỏi nguồn bởi một mạch hở & được kết nối với GND thông qua một mạch kín.
Bảng sự thật
Bảng sự thật của mạch logic trên được đưa ra dưới đây.
|
Một |
b |
C |
|
0 |
0 | 1 |
|
0 |
1 | 1 |
| 1 | 0 |
1 |
| 1 | 1 |
0 |
Điện áp ngưỡng của Transistor PMOS thường là 'Vgs' cần thiết để tạo kênh được gọi là đảo kênh. Trong một bóng bán dẫn PMOS, chất nền & các thiết bị đầu cuối nguồn được kết nối đơn giản với 'Vdd'. Nếu chúng ta bắt đầu giảm điện áp bằng cách tham chiếu đến cực nguồn ở cực cổng từ Vdd đến một điểm mà bạn nhận thấy sự đảo ngược kênh, tại vị trí này nếu bạn phân tích VSS & nguồn đang ở mức tiềm năng cao, thì bạn sẽ nhận được giá trị âm. Vì vậy, bóng bán dẫn PMOS có giá trị Vth âm.
Quy trình chế tạo PMOS
Các bước liên quan đến chế tạo bóng bán dẫn PMOS được thảo luận dưới đây.
Bước 1:
Một lớp wafer silicon mỏng được thay đổi thành vật liệu loại N bằng cách pha tạp vật liệu phốt pho đơn giản.
Bước 2:
Một lớp Silicon dioxide (Sio2) dày được phát triển trên chất nền loại p hoàn chỉnh.
Bước 3:
Bây giờ bề mặt được phủ một chất cản quang trên lớp silicon dioxide dày.
Bước 4:
Sau đó, lớp này chỉ đơn giản là tiếp xúc với tia UV thông qua một mặt nạ xác định các vùng mà trong đó quá trình khuếch tán sẽ diễn ra cùng với các kênh bóng bán dẫn.
Bước5:
Các vùng này được ăn mòn lẫn nhau với silicon dioxide bên dưới để bề mặt của tấm wafer lộ ra trong cửa sổ được xác định bởi mặt nạ.
Bước 6:
Chất cản quang còn lại được tách ra và lớp Sio2 mỏng thường dày 0,1 micromet trên toàn bộ bề mặt của chip. Sau đó, polysilicon được đặt lên trên để tạo thành cấu trúc của cổng. Một chất cản quang được đặt trên toàn bộ lớp polysilicon và chiếu tia UV qua mặt nạ2.
Bước7:
Sự khuếch tán đạt được thông qua quá trình nung nóng wafer đến nhiệt độ tối đa và truyền khí có tạp chất loại p mong muốn như Boron.
Bước8:
Một silicon dioxide có độ dày 1 micromet được nuôi cấy và vật liệu cản quang được lắng đọng trên đó. Phơi sáng tia cực tím bằng mặt nạ3 trên các khu vực ưa thích của cổng, nguồn & cống được khắc để tạo vết cắt tiếp xúc.
Bước 9:
Bây giờ một kim loại hoặc nhôm được lắng đọng trên bề mặt có độ dày 1 micromet của nó. Một lần nữa, một vật liệu cản quang được phủ khắp kim loại và cho tia UV chiếu qua mặt nạ4 được khắc để tạo thành thiết kế kết nối cần thiết. Cấu trúc PMOS cuối cùng được hiển thị bên dưới.
Đặc điểm bóng bán dẫn PMOS
Các đặc tính I-V của bóng bán dẫn PMOS được hiển thị bên dưới. Các đặc điểm này được chia thành hai vùng để có được mối quan hệ giữa dòng tiêu hao và dòng nguồn (I DS) cũng như các điện áp đầu cuối của nó như vùng tuyến tính & vùng bão hòa.
Trong vùng lót, IDS sẽ tăng tuyến tính khi VDS (điện áp thoát ra nguồn) tăng lên trong khi ở vùng bão hòa, I DS ổn định và nó độc lập với VDS. Mối quan hệ chính giữa ISD (nguồn để thoát dòng) và điện áp đầu cuối của nó được bắt nguồn từ một quy trình tương tự của bóng bán dẫn NMOS. Trong trường hợp này, thay đổi duy nhất sẽ là các hạt mang điện có trong lớp đảo ngược chỉ đơn giản là các lỗ trống. Khi các lỗ di chuyển từ nguồn đến cống thì dòng điện cũng như vậy.
Do đó, dấu âm xuất hiện trong phương trình hiện tại. Ngoài ra, tất cả các sai lệch được áp dụng tại các đầu cuối của thiết bị đều âm. Vì vậy, các đặc điểm ID – VDS của bóng bán dẫn PMOS được hiển thị bên dưới.
Phương trình dòng thoát cho bóng bán dẫn PMOS trong vùng tuyến tính được đưa ra là:
ID = – mpCox
Tương tự như vậy, phương trình dòng điện Xả cho bóng bán dẫn PMOS trong vùng bão hòa được đưa ra là:
ID = – mp Cox (VSG – | V TH |p )^2
Trong đó 'mp' là độ linh động của lỗ & '|VTH| p’ là điện áp ngưỡng của bóng bán dẫn PMOS.
Trong phương trình trên, dấu âm sẽ chỉ ra rằng ID( cống hiện tại ) chảy từ cống (D) đến nguồn (S) trong khi các lỗ chảy theo hướng ngược lại. Khi độ linh động của lỗ trống thấp so với độ linh động của điện tử thì các bóng bán dẫn PMOS phải chịu khả năng truyền động dòng điện thấp.
Vì vậy, đây là tất cả về tổng quan về bóng bán dẫn PMOS hoặc bóng bán dẫn mos loại p – chế tạo, mạch và hoạt động của nó. PMOS Transistor được thiết kế với nguồn p, chất nền n & cống. Hạt mang điện của PMOS là lỗ trống. Bóng bán dẫn này dẫn điện khi điện áp thấp được đặt ở cực cổng. Các thiết bị dựa trên PMOS ít bị nhiễu hơn so với các thiết bị NMOS. Các bóng bán dẫn này có thể được sử dụng làm điện trở điều khiển điện áp, tải hoạt động, gương dòng điện, bộ khuếch đại trở kháng xuyên và cũng được sử dụng trong các công tắc và bộ khuếch đại điện áp. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, bóng bán dẫn NMOS là gì?
