Transistor NMOS : fonctionnement, circuit, fabrication et ses caractéristiques

Le transistor semi-conducteur à oxyde métallique ou transistor MOS est un élément de base des puces logiques, des processeurs et des mémoires numériques modernes. Il s'agit d'un dispositif à porteur majoritaire, où le courant dans un canal conducteur entre la source et le drain est modulé par une tension appliquée à la grille. Ce transistor MOS joue un rôle clé dans divers circuits intégrés analogiques et à signaux mixtes. Ce transistor est tout à fait adaptable, il fonctionne donc comme un amplificateur, un interrupteur ou un résistance . ne pas transistors sont classés en deux types PMOS et NMOS. Ainsi, cet article présente un aperçu de Transistor NMOS – fabrication, circuit & travail.

Qu'est-ce qu'un transistor NMOS ?

Un transistor NMOS (semi-conducteur métal-oxyde à canal n) est un type de transistor dans lequel des dopants de type n sont utilisés dans la région de grille. Une tension positive (+ve) sur la borne de grille allume l'appareil. Ce transistor est principalement utilisé dans CMOS (semi-conducteur métal-oxyde complémentaire) et également dans les puces logiques et mémoire. Par rapport au transistor PMOS, ce transistor est très rapide, donc plus de transistors peuvent être placés sur une seule puce. Le symbole du transistor NMOS est illustré ci-dessous.

Comment fonctionne le transistor NMOS ?

Le fonctionnement du transistor NMOS est ; lorsque le transistor NMOS reçoit une tension non négligeable, il forme un circuit fermé, ce qui signifie que la connexion de la borne de source au drain fonctionne comme un fil. Ainsi, le courant circule de la borne de grille à la source. De même, lorsque ce transistor reçoit une tension d'environ 0 V, il forme un circuit ouvert, ce qui signifie que la connexion de la borne de source au drain sera interrompue, de sorte que le courant circule de la borne de grille au drain.

Coupe transversale du transistor NMOS

Généralement, un transistor NMOS est simplement construit avec un corps de type p par deux régions semi-conductrices de type n qui sont adjacentes à la grille appelée source et drain. Ce transistor a une grille de contrôle qui contrôle le flux d'électrons entre les bornes de source et de drain.

Dans ce transistor, puisque le corps du transistor est mis à la terre, les jonctions PN de la source et du drain vers le corps sont polarisées en inverse. Si la tension à la borne de grille augmente, un champ électrique commencera à augmenter et attirera des électrons libres à la base de l'interface Si-SiO2.

Une fois que la tension est suffisamment élevée, les électrons remplissent tous les trous et une fine région sous la grille connue sous le nom de canal sera inversée pour fonctionner comme un semi-conducteur de type n. Cela créera une voie conductrice de la borne source au drain en permettant la circulation du courant, de sorte que le transistor sera activé. Si la borne de grille est mise à la terre, aucun courant ne circule dans la jonction polarisée en inverse, de sorte que le transistor sera désactivé.

Circuit de transistors NMOS

La conception de la porte NOT utilisant des transistors PMOS et NMOS est illustrée ci-dessous. Afin de concevoir une porte NOT, nous devons combiner des transistors pMOS et nMOS en connectant un transistor pMOS à la source et un transistor nMOS à la masse. Le circuit sera donc notre premier exemple de transistor CMOS.

La porte NOT est un type de porte logique qui génère une entrée inversée en sortie. Cette porte est aussi appelée inverseur. Si l'entrée est '0', la sortie inversée sera '1'.

Lorsque l'entrée est à zéro, elle va au transistor pMOS en haut et au transistor nMOS en bas. Une fois que la valeur d'entrée '0' atteint le transistor pMOS, elle est inversée en '1'. ainsi, la connexion vers la source est interrompue. Cela générera donc une valeur logique '1' si la connexion vers le drain (GND) est également fermée. Nous savons que le transistor nMOS n'inversera pas la valeur d'entrée, il prend donc la valeur zéro telle quelle et il créera un circuit ouvert vers le drain. Ainsi, une valeur logique un est générée pour la porte.

De même, si la valeur d'entrée est '1', cette valeur est envoyée aux deux transistors du circuit ci-dessus. Une fois que la valeur '1' reçoit le transistor pMOS, elle sera inversée en 'o'. par conséquent, la connexion vers la source est ouverte. Une fois que le transistor nMOS reçoit la valeur '1, il ne sera pas inversé. ainsi, la valeur d'entrée reste égale à un. Une fois qu'une valeur est reçue par le transistor nMOS, alors la connexion vers le GND est fermée. Il générera donc un '0' logique en sortie.

Processus de fabrication

Le processus de fabrication d'un transistor NMOS comporte de nombreuses étapes. Le même processus peut être utilisé pour les transistors PMOS et CMOS. Le matériau le plus fréquemment utilisé dans cette fabrication est soit le polysilicium, soit le métal. Les étapes du processus de fabrication étape par étape du transistor NMOS sont décrites ci-dessous.

Étape 1:

Une fine couche de plaquette de silicium est transformée en matériau de type P par simple dopage avec un matériau de bore.

Étape 2:

Une couche épaisse de Sio2 est développée sur un substrat complet de type p

Étape 3:

Maintenant, la surface est recouverte d'un photorésist sur la couche épaisse de Sio2.

Étape 4:

Ensuite, cette couche est exposée à la lumière UV avec un masque qui décrit les régions dans lesquelles la diffusion doit se produire conjointement avec les canaux des transistors.

Étape 5 :

Ces régions sont gravées mutuellement avec le Sio2 sous-jacent de sorte que la surface de la tranche soit exposée dans la fenêtre définie à travers le masque.

Étape 6 :

Le photorésist résiduel est séparé et une fine couche de Sio2 est développée de 0,1 micromètre généralement sur toute la face de la puce. Ensuite, du polysilicium est situé dessus pour former la structure de grille. Une résine photosensible est placée sur la couche complète de polysilicium et expose la lumière ultraviolette dans tout le masque2.

Étape 7 :

En chauffant la plaquette à la température maximale, les diffusions sont réalisées et le passage du gaz avec les impuretés de type n souhaitées comme le phosphore.

Étape 8 :

Une épaisseur d'un micromètre de dioxyde de silicium est développée partout et un matériau photorésistant est placé dessus. Exposez la lumière ultraviolette (UV) à travers le masque3 sur les régions préférées de la grille, les régions de source et de drain sont gravées pour effectuer les coupes de contact.

Étape 9 :

Maintenant, un métal comme l'aluminium est placé sur sa surface d'un micromètre de largeur. Une fois de plus, un matériau photorésistant est développé sur tout le métal et exposé à la lumière UV à travers le masque4 qui est une forme gravée sur la conception d'interconnexion obligatoire. La structure NMOS finale est illustrée ci-dessous.

Transistor PMOS contre NMOS

La différence entre les transistors PMOS et NMOS est discutée ci-dessous.

Les caractéristiques

Le Caractéristiques I-V du transistor NMOS sont indiqués ci-dessous. La tension entre la grille et les bornes de la source 'V _GS ’ & également entre la source & le drain ‘V _DS '. Ainsi, les courbes entre I _DS et V _DS sont atteints en mettant simplement à la terre la borne de la source, en définissant une valeur VGS initiale et en balayant V _DS de '0' à la valeur de tension continue la plus élevée donnée par le V _JJ en appuyant sur le V _GS valeur de '0' à V _JJ . Donc pour un V extrêmement bas _GS , le je _DS sont extrêmement petits et auront une tendance linéaire. Quand le V _GS la valeur devient élevée, alors je _DS améliore et aura la dépendance ci-dessous sur V _GS & DANS _DS ;

Si V _GS est inférieur ou égal à V _E , alors le transistor est à l'état OFF et fonctionne comme un circuit ouvert.

Si V _GS est supérieur à V _E , alors il y a deux modes de fonctionnement.

Si V _DS est inférieur à V _GS - DANS _E , alors le transistor fonctionne en mode linéaire et se comporte comme une résistance (R _AU ).

IDS = u _eff C _bœuf W/L [(V _GS - DANS _E )DANS _DS – ½ V _DS ^ 2]

Où,

‘µeff’ est la mobilité effective du porteur de charge.

« COX » est la capacité de l'oxyde de grille pour chaque unité de surface.

W & L sont la largeur et la longueur du canal en conséquence. Le R _AU la valeur est simplement contrôlée par la tension de la porte suit comme;

R _{MARCHE =} 1/po _n C _bœuf W/L [(V _GS - DANS _E )DANS _DS – ½ V _DS ^ 2]

Si VDS est supérieur ou égal à V _GS - DANS _E , alors le transistor fonctionne dans le mode de saturation

je _DS = tu _n C _bœuf W/L [(V _GS - DANS _E )^2 (1+λ V _DS ]

Dans cette région, quand je _DS est plus élevé, alors le courant dépend au minimum de V _DS valeur, cependant, sa valeur la plus élevée est simplement contrôlée par VGS. La modulation de longueur de canal 'λ' explique l'augmentation au sein de l'IDS par une augmentation au sein du VDS dans les transistors, en raison du pincement. Ce pincement se produit une fois que les deux V _DS et V _GS décider du modèle de champ électrique à proximité de la région de drain, modifiant ainsi la direction des porteurs de charge d'alimentation naturelle. Cet effet réduit la longueur du canal efficace et augmente I _DS . Idéalement, ‘λ’ est équivalent à ‘0’ de sorte que I _DS est totalement indépendant du V _DS valeur dans la zone de saturation.

Ainsi, il s'agit de un aperçu d'un NMOS transistor – fabrication et circuit avec fonctionnement. Le transistor NMOS joue un rôle clé dans la mise en œuvre des portes logiques ainsi que d'autres circuits numériques différents. Il s'agit d'un circuit microélectronique principalement utilisé dans la conception de circuits logiques, de puces mémoire et dans la conception CMOS. Les applications les plus populaires des transistors NMOS sont les commutateurs et les amplificateurs de tension. Voici une question pour vous, qu'est-ce qu'un transistor PMOS?