NMOS ट्रांजिस्टर: वर्किंग, सर्किट, फैब्रिकेशन और इसकी विशेषताएं

मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर ट्रांजिस्टर या एमओएस ट्रांजिस्टर लॉजिक चिप्स, प्रोसेसर और आधुनिक डिजिटल मेमोरी में एक बुनियादी बिल्डिंग ब्लॉक है। यह एक बहुसंख्यक-वाहक उपकरण है, जहां स्रोत और नाली के बीच एक संवाहक चैनल के भीतर वर्तमान को गेट पर लागू वोल्टेज द्वारा संशोधित किया जाता है। यह एमओएस ट्रांजिस्टर विभिन्न एनालॉग और मिश्रित-सिग्नल आईसी में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह ट्रांजिस्टर काफी अनुकूलनीय है, इसलिए एक एम्पलीफायर, एक स्विच या ए के रूप में कार्य करता है अवरोध . नहीं ट्रांजिस्टर दो प्रकार के पीएमओएस और एनएमओएस में वर्गीकृत किया गया है। तो, यह लेख एक सिंहावलोकन पर चर्चा करता है एनएमओएस ट्रांजिस्टर - निर्माण, सर्किट और काम करना।

एनएमओएस ट्रांजिस्टर क्या है?

एक एनएमओएस (एन-चैनल मेटल-ऑक्साइड सेमीकंडक्टर) ट्रांजिस्टर एक प्रकार का ट्रांजिस्टर है जहां गेट क्षेत्र में एन-टाइप डोपेंट का उपयोग किया जाता है। गेट टर्मिनल पर सकारात्मक (+ve) वोल्टेज डिवाइस को चालू करता है। इस ट्रांजिस्टर का मुख्य रूप से प्रयोग किया जाता है सीएमओएस (पूरक धातु-ऑक्साइड सेमीकंडक्टर) डिजाइन और तर्क और मेमोरी चिप्स में भी। पीएमओएस ट्रांजिस्टर की तुलना में यह ट्रांजिस्टर बहुत तेज है, इसलिए एक चिप पर अधिक ट्रांजिस्टर लगाए जा सकते हैं। एनएमओएस ट्रांजिस्टर प्रतीक नीचे दिखाया गया है।

एनएमओएस ट्रांजिस्टर कैसे काम करता है?

NMOS ट्रांजिस्टर का कार्य है; जब NMOS ट्रांजिस्टर एक गैर-नगण्य वोल्टेज प्राप्त करता है तो यह एक बंद सर्किट बनाता है जिसका अर्थ है कि स्रोत टर्मिनल से नाली तक का कनेक्शन तार के रूप में काम करता है। तो गेट टर्मिनल से स्रोत तक करंट प्रवाहित होता है। इसी तरह, जब यह ट्रांजिस्टर लगभग 0V पर वोल्टेज प्राप्त करता है तो यह एक खुला सर्किट बनाता है जिसका अर्थ है कि स्रोत टर्मिनल से नाली तक का कनेक्शन टूट जाएगा, इसलिए गेट टर्मिनल से नाली में धारा प्रवाहित होती है।

NMOS ट्रांजिस्टर का क्रॉस सेक्शन

आम तौर पर, एक एनएमओएस ट्रांजिस्टर केवल दो एन-प्रकार अर्धचालक क्षेत्रों द्वारा पी-टाइप बॉडी के साथ बनाया जाता है जो स्रोत और नाली के रूप में जाने वाले गेट से सटे होते हैं। इस ट्रांजिस्टर में एक कंट्रोलिंग गेट होता है जो सोर्स और ड्रेन टर्मिनलों के बीच इलेक्ट्रॉन प्रवाह को नियंत्रित करता है।

इस ट्रांजिस्टर में, चूँकि ट्रांजिस्टर की बॉडी ग्राउंडेड होती है, स्रोत के PN जंक्शन और बॉडी की ओर ड्रेन रिवर्स-बायस्ड होते हैं। यदि गेट टर्मिनल पर वोल्टेज बढ़ाया जाता है, तो एक विद्युत क्षेत्र बढ़ना शुरू हो जाएगा और Si-SiO2 इंटरफ़ेस के आधार पर मुक्त इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करेगा।

एक बार जब वोल्टेज काफी अधिक हो जाता है, तो इलेक्ट्रॉन सभी छिद्रों को भर देते हैं और गेट के नीचे एक पतला क्षेत्र जिसे चैनल के रूप में जाना जाता है, एन-टाइप सेमीकंडक्टर के रूप में प्रदर्शन करने के लिए उलटा हो जाएगा। यह करंट के प्रवाह की अनुमति देकर सोर्स टर्मिनल से ड्रेन तक एक कंडक्टिंग लेन बनाएगा, जिससे ट्रांजिस्टर चालू हो जाएगा। यदि गेट टर्मिनल ग्राउंडेड है तो रिवर्स-बायस्ड जंक्शन में कोई करंट प्रवाहित नहीं होता है इसलिए ट्रांजिस्टर बंद हो जाएगा।

NMOS ट्रांजिस्टर सर्किट

PMOS और NMOS ट्रांजिस्टर का उपयोग करने वाला NOT गेट डिज़ाइन नीचे दिखाया गया है। एक NOT गेट डिजाइन करने के लिए, हमें एक pMOS ट्रांजिस्टर को स्रोत से और एक nMOS ट्रांजिस्टर को जमीन से जोड़कर pMOS और nMOS ट्रांजिस्टर को संयोजित करने की आवश्यकता है। तो सर्किट हमारा पहला CMOS ट्रांजिस्टर उदाहरण होगा।

NOT गेट एक प्रकार का लॉजिक गेट है जो आउटपुट के रूप में एक उलटा इनपुट उत्पन्न करता है। इस गेट को इन्वर्टर भी कहा जाता है। यदि इनपुट '0' है, तो उलटा आउटपुट '1' होगा।

जब इनपुट शून्य होता है, तो यह ऊपर और नीचे nMOS ट्रांजिस्टर के नीचे pMOS ट्रांजिस्टर में जाता है। एक बार इनपुट मान '0' pMOS ट्रांजिस्टर तक पहुँच जाता है, तो इसे '1' में बदल दिया जाता है। इस प्रकार, स्रोत की ओर कनेक्शन बंद कर दिया गया है। यदि नाली (जीएनडी) की ओर कनेक्शन भी बंद है तो यह एक तर्क '1' मान उत्पन्न करेगा। हम जानते हैं कि nMOS ट्रांजिस्टर इनपुट मान को उल्टा नहीं करेगा, इस प्रकार यह शून्य मान लेता है और यह नाली के लिए एक खुला सर्किट बना देगा। तो, गेट के लिए एक तार्किक एक मान उत्पन्न होता है।

इसी तरह, यदि इनपुट मान '1' है तो यह मान उपरोक्त सर्किट में दोनों ट्रांजिस्टर को भेजा जाता है। एक बार '1' मान pMOS ट्रांजिस्टर प्राप्त कर लेता है, तो यह एक 'o' में उलटा हो जाएगा। नतीजतन, स्रोत की ओर कनेक्शन खुला है। एक बार nMOS ट्रांजिस्टर '1 मान प्राप्त कर लेता है, तो यह उलटा नहीं होगा। इसलिए, इनपुट मान एक ही रहता है। एक बार एनएमओएस ट्रांजिस्टर द्वारा एक मान प्राप्त हो जाने के बाद, जीएनडी की ओर कनेक्शन बंद हो जाता है। तो यह आउटपुट के रूप में एक तर्क '0' उत्पन्न करेगा।

निर्माण प्रक्रिया

NMOS ट्रांजिस्टर निर्माण प्रक्रिया में कई चरण शामिल हैं। इसी प्रक्रिया का उपयोग पीएमओएस और सीएमओएस ट्रांजिस्टर के लिए किया जा सकता है। इस निर्माण में सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली सामग्री या तो पॉलीसिलिकॉन या धातु है। NMOS ट्रांजिस्टर के निर्माण की चरण-दर-चरण निर्माण प्रक्रिया के चरणों की चर्चा नीचे की गई है।

चरण 1:

एक पतली सिलिकॉन वेफर परत को बोरॉन सामग्री के साथ डोपिंग करके पी-टाइप सामग्री में बदल दिया जाता है।

चरण दो:

एक पूर्ण पी-प्रकार सब्सट्रेट पर एक मोटी Sio2 परत उगाई जाती है

चरण 3:

अब सतह को मोटी Sio2 परत पर एक फोटोरेसिस्ट के माध्यम से लेपित किया जाता है।

चरण 4:

बाद में, यह परत एक मास्क के साथ यूवी प्रकाश के संपर्क में आती है जो उन क्षेत्रों का वर्णन करता है जिनमें ट्रांजिस्टर चैनलों के साथ संयुक्त रूप से प्रसार होता है।

चरण 5:

इन क्षेत्रों को अंतर्निहित Sio2 के साथ पारस्परिक रूप से दूर किया जाता है ताकि वेफर की सतह को मास्क के माध्यम से परिभाषित विंडो के भीतर उजागर किया जा सके।

चरण 6:

अवशिष्ट फोटोरेसिस्ट को अलग किया जाता है और पतली Sio2 परत को 0.1 माइक्रोमीटर आमतौर पर चिप के पूरे चेहरे पर उगाया जाता है। अगला, गेट संरचना बनाने के लिए पॉलीसिलिकॉन इस पर स्थित है। एक फोटोरेसिस्ट पूरे पॉलीसिलिकॉन परत पर रखा जाता है और पूरे मास्क2 में पराबैंगनी प्रकाश को उजागर करता है।

चरण 7:

वेफर को अधिकतम तापमान तक गर्म करके, प्रसार प्राप्त किया जाता है और फॉस्फोरस जैसी वांछित एन-प्रकार की अशुद्धियों के साथ गैस पास की जाती है।

चरण 8:

सिलिकॉन डाइऑक्साइड की एक-माइक्रोमीटर मोटाई को चारों ओर उगाया जाता है और उस पर फोटोरेसिस्ट सामग्री रखी जाती है। संपर्क कटौती करने के लिए गेट, स्रोत और नाली क्षेत्रों के पसंदीदा क्षेत्रों पर मास्क 3 के माध्यम से पराबैंगनी प्रकाश (यूवी) का पर्दाफाश करें।

चरण 9:

अब एल्युमीनियम जैसी धातु को इसकी एक-माइक्रोमीटर-चौड़ाई वाली सतह के ऊपर रखा जाता है। एक बार और एक फोटोरेसिस्ट सामग्री पूरे धातु में उगाई जाती है और मास्क4 के माध्यम से यूवी प्रकाश के संपर्क में आती है जो अनिवार्य इंटरकनेक्शन डिजाइन के लिए एक नक़्क़ाशीदार रूप है। अंतिम NMOS संरचना नीचे दिखाई गई है।

पीएमओएस बनाम एनएमओएस ट्रांजिस्टर

PMOS और NMOS ट्रांजिस्टर के बीच अंतर की चर्चा नीचे की गई है।

विशेषताएँ

NMOS ट्रांजिस्टर की I-V विशेषताएं नीचे दिखाए गए हैं। गेट और स्रोत टर्मिनलों के बीच वोल्टेज 'वी _{जी एस} ' और स्रोत और नाली 'वी' के बीच भी _{डी एस} '। तो, I के बीच वक्र _{डी एस} और वी _{डी एस} केवल स्रोत के टर्मिनल को ग्राउंडिंग करके, एक प्रारंभिक VGS मान सेट करके और V को स्वीप करके प्राप्त किया जाता है _{डी एस} वी द्वारा दिए गए उच्चतम डीसी वोल्टेज मान को '0' से _डीडी वी पर कदम रखते समय _{जी एस} मान '0' से V तक _डीडी . तो बेहद कम वी के लिए _{जी एस} , आई _{डी एस} बहुत छोटे हैं और एक रेखीय प्रवृत्ति होगी। जब वी _{जी एस} मान अधिक हो जाता है, तब I _{डी एस} बढ़ाता है और V पर निम्न निर्भरता रखता है _{जी एस} & में _{डी एस} ;

अगर वी _{जी एस} V से कम या बराबर है _वां , तो ट्रांजिस्टर बंद स्थिति में है और एक खुले सर्किट की तरह कार्य करता है।

अगर वी _{जी एस} V से बड़ा है _वां , तो दो ऑपरेटिंग मोड हैं।

अगर वी _{डी एस} V से कम है _{जी एस} - में _वां , तब ट्रांजिस्टर रैखिक मोड में काम करता है, और एक प्रतिरोध (आर _पर ).

आईडीएस = यू _{उड़ानों} सी _बैल डब्ल्यू/एल [(वी _{जी एस} - में _वां )में _{डी एस} - ½ वी _{डी एस} ^2]

कहां,

'µeff' आवेश वाहक की प्रभावी गतिशीलता है।

'COX' प्रत्येक इकाई क्षेत्र के लिए गेट ऑक्साइड की धारिता है।

W और L तदनुसार चैनल की चौड़ाई और लंबाई हैं। आर _पर मान को केवल गेट के वोल्टेज द्वारा नियंत्रित किया जाता है;

आर _{पर =} में 1 _एन सी _बैल डब्ल्यू/एल [(वी _{जी एस} - में _वां )में _{डी एस} - ½ वी _{डी एस} ^2]

यदि VDS, V से अधिक या उसके बराबर है _{जी एस} - में _वां , तब ट्रांजिस्टर संतृप्ति मोड के भीतर काम करता है

मैं _{डी एस} = यू _एन सी _बैल डब्ल्यू/एल [(वी _{जी एस} - में _वां )^2 (1+λ वी _{डी एस} ]

इस क्षेत्र में जब मैं _{डी एस} अधिक है, तो धारा न्यूनतम रूप से V पर निर्भर है _{डी एस} मूल्य, हालांकि, इसका उच्चतम मूल्य केवल वीजीएस के माध्यम से नियंत्रित होता है। पिंच-ऑफ की वजह से ट्रांजिस्टर में वीडीएस के भीतर आईडीएस के भीतर वृद्धि के लिए चैनल लंबाई मॉड्यूलेशन 'λ' खाता है। यह पिंच-ऑफ तब होता है जब दोनों वी _{डी एस} और वी _{जी एस} नाली क्षेत्र के करीब विद्युत क्षेत्र के पैटर्न पर निर्णय लें, इस प्रकार प्राकृतिक आपूर्ति आवेश वाहकों की दिशा बदल जाती है। यह प्रभाव कुशल चैनल की लंबाई को कम करता है और I को बढ़ाता है _{डी एस} . आदर्श रूप से, 'λ' '0' के बराबर है ताकि I _{डी एस} V से पूर्णतः स्वतंत्र है _{डी एस} संतृप्ति क्षेत्र के भीतर मूल्य।

इस प्रकार, यह सब के बारे में है NMOS का अवलोकन ट्रांजिस्टर - काम करने के साथ निर्माण और सर्किट। NMOS ट्रांजिस्टर लॉजिक गेट्स के साथ-साथ अन्य विभिन्न डिजिटल सर्किटों को लागू करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह एक माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक सर्किट है जिसका उपयोग मुख्य रूप से लॉजिक सर्किट, मेमोरी चिप्स और CMOS डिज़ाइन के डिज़ाइन में किया जाता है। NMOS ट्रांजिस्टर के सबसे लोकप्रिय अनुप्रयोग स्विच और वोल्टेज एम्पलीफायर हैं। यहाँ आपके लिए एक प्रश्न है, PMOS ट्रांजिस्टर क्या है?