Introduzzjoni Għal Tubi MOS U Qligħ Intrinsiku

MOS, li hija l-abbrevjazzjoni ta 'l-isem Ingliż ta' transistor ta 'effett ta' kamp tal-metall-ossidu-semikondutturi, huwa mezz semikonduttur uniku li jikkontrolla l-kurrent tal-linja tal-ħruġ permezz tal-effett tal-kamp elettriku, li jagħtih isimha. L-apparat jiddependi primarjament fuq il-maġġoranza tat-trasportaturi fis-semikondutturi biex imexxu l-elettriku, għalhekk huwa wkoll ikklassifikat bħala transistor unipolari. Minbarra transistors MOS, hemm diversi tipi bħal junction FETs (JFETs), FETs semikondutturi tal-metall, JLFETs u QWFETs. Fost dawn it-tipi, transistors MOS huma l-aktar għażla użata komunement minħabba l-ħafna vantaġġi tagħhom, bħal reżistenza għolja ta 'input, konsum baxx ta' enerġija, ħsejjes baxxi, u faċilità ta 'integrazzjoni, u huma użati b'mod wiesa' f'ċirkwiti analogi u diġitali, u jokkupaw assoluta pożizzjoni dominanti fis-suq, li taqbeż sew it-transisters bipolari (BJTs).

715-031986-005 Hsg Lwr Reazzjoni Kamra

Transisters MOS huma aktar suddiviżi f'NMOS (tip ta 'kanal N) u PMOS (tip ta' kanal P), it-tnejn li huma jappartjenu għal FETs gate iżolati. Meta NMOS u PMOS huma kkombinati b'mod għaqli, jiffurmaw dak li ħafna drabi nsejħu apparati CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). L-istruttura ta 'NMOS hija ddisinjata biex tkun exquisite, inklużi tliet elettrodi ewlenin: Sors (S), Gate (G) u Drain (D), li jistgħu jiġu korrelatati funzjonalment mal-emittent, bażi u kollettur ta' transistor bipolari, rispettivament. , kif muri fil-figura hawn taħt.

Dijagramma skematika tal-istruttura NMOS

0040-09723 -unibody, Etch Chamber

Kif muri fil-figura hawn taħt, jekk l-ebda vultaġġ ma jiġi applikat għall-bieb matul it-tħaddim ta 'NMOS, il-kurrent ma jistax jiġi ffurmat bejn ir-reġjuni tas-sors u tad-drenaġġ minħabba n-nuqqas ta' kanali konduttivi. Madankollu, meta vultaġġ pożittiv kbir biżżejjed jiġi applikat għall-bieb, dan il-vultaġġ jaġixxi bħal kalamita biex jattira numru żgħir ta 'trasportaturi-elettroni-fis-sottostrat tat-tip P, u jġiegħelhom jikkonċentraw fil-junction tal-bieb u s-sottostrat. Bl-akkumulazzjoni ta 'elettroni, saff invers mimli elettroni se jiġi ffurmat fuq il-wiċċ tas-sottostrat, li fil-fatt jaqleb ir-reġjun tat-tip P oriġinali f'reġjun tat-tip N, u b'hekk jipprovdi kanal bla xkiel għall-kurrent, sabiex il- elettroni fir-reġjun tas-sors jistgħu jiċċirkolaw bla xkiel lejn ir-reġjun tad-drenaġġ biex jiffurmaw kurrent. Dan il-proċess juri l-essenza tat-transistor MOS bħala mezz ta 'kontroll tal-vultaġġ, jiġifieri, il-vultaġġ tal-bieb jintuża biex jirregola b'mod preċiż il-kurrent bejn is-sors u d-drain. Dan is-saff invers joħloq mogħdija effiċjenti tat-trasport tal-elettroni, li tippermetti lill-elettroni fir-reġjun tas-sors jiċċirkolaw kontinwament lejn ir-reġjun tad-drenaġġ, li jirriżulta fil-formazzjoni ta 'kurrent elettriku. Għalhekk, it-transistor MOS huwa essenzjalment mezz ta 'kontroll tal-vultaġġ, li l-qalba tiegħu hija li tikkontrolla b'mod preċiż il-kurrent bejn is-sors u drain permezz tal-vultaġġ tal-bieb. Aħna niddefinixxu l-vultaġġ minimu tal-bieb meħtieġ biex jixgħel l-FET bħala l-vultaġġ tal-limitu. Il-bieb għandu r-rwol ta 'swiċċ hawn: meta l-vultaġġ tal-bieb jaqa' taħt il-vultaġġ tal-limitu jew meta jitneħħa l-vultaġġ tal-bieb, jintefa, u jipprevjeni l-mogħdija tal-kurrent bejn is-sors u d-drenaġġ; Meta l-vultaġġ tal-bieb ikun 'il fuq mill-vultaġġ tal-limitu, jiftaħ il-kanal u jippermetti li l-kurrent bejn is-sors u d-drenaġġ jiċċirkola liberament.

Proprjetajiet elettriċi ta 'NMOS
Sussegwentement, aħna niddeskrivu proċess tipiku ta 'preparazzjoni ta' tubi NMOS. L-ewwel, saff epitassjali huwa ffurmat fuq sottostrat tas-silikon permezz ta 'tkabbir epitassjali, dan il-pass għandu l-għan li jikseb kristall wieħed tas-silikon b'kontenut baxx ta' ossiġnu, li jikkostitwixxi l-moety semikonduttur (S) tat-tubu MOS, u mbagħad l-ossidu tal-kamp huwa ppreparat minn tekniki ta 'ossidazzjoni, fotolitografija u inċiżjoni, li tintuża biex tiżola t-tubi MOS differenti u tevita interferenza elettrika bejniethom. Sussegwentement, jgħaddi proċess ta 'ossidazzjoni biex jiġġenera saff ta' ossidu tal-bieb, li huwa l-parti ta 'ossidu (O) fit-tubu MOS. Il-pass li jmiss huwa li jiddepożita l-materjal tal-polysilicon u jifforma xatba tal-polysilicon permezz ta 'proċessi ta' fotolitografija u inċiżjoni, għalkemm polysilicon mhuwiex metall fis-sens tradizzjonali, għandu konduttività tajba wara d-doping u huwa adattat għal proċessi ta 'ċirkwit integrat, u b'hekk jissostitwixxi l-metall preċedenti. materjali tal-aluminju. Imbagħad, tidħol fl-istadju tal-produzzjoni taż-żona tas-sors u ż-żona tat-tnixxija, li l-ewwel hija windowed mill-proċess tal-fotolitografija, segwita mill-injezzjoni ta 'jonji tal-fosfru, u ittemprat biex tistabbilizza l-istruttura. Dan huwa segwit mid-depożizzjoni ta 'saff ta' ħġieġ fosfosilikat (PSG) bħala saff dielettriku, li jittaffa permezz ta 'proċessi ta' depożizzjoni u reflow, li jistabbilixxi pedament tajjeb għall-passi sussegwenti tal-litografija. Il-PSG huwa mbagħad fotolitografija u inċiżjoni biex jinħoloq il-mudell mixtieq. Sussegwentement, il-liga tal-aluminju-silikon hija depożitata bħala l-materjal tal-konnessjoni tal-metall, u l-konnessjoni tal-metall hija ppreparata permezz ta 'proċessi ta' fotolitografija u inċiżjoni. Fl-aħħarnett, saff ta 'nitrur tas-silikon huwa depożitat bħala saff protettiv ta' passivazzjoni biex jipprovdi protezzjoni u stabbiltà addizzjonali għall-apparat kollu.

Qligħ intrinsiku tat-tubu MOS
Il-qligħ massimu ta 'sinjal żgħir ta' frekwenza baxxa li transistor jista 'jesibixxi f'konfigurazzjoni ta' amplifikatur ta 'sors komuni huwa definit bħala l-qligħ intrinsiku tat-transistor MOS, li jista' jiġi espress bħala

Il-proċess ta' derivazzjoni dettaljat huwa barra hawn. Skont din il-formula, il-qligħ intrinsiku tat-transistor MOS huwa inversament proporzjonali għall-vultaġġ ta 'overdrive u l-koeffiċjent tal-modulazzjoni tat-tul tal-kanal λ. Peress li λ huwa inversament proporzjonali għat-tul tal-kanal L tat-tubu MOS, il-qligħ intrinsiku jiżdied biż-żieda ta 'L. Teoretikament, il-qligħ intrinsiku tat-transistor MOS jista' jiżdied billi jitnaqqas il-vultaġġ ta 'overdrive u jiżdied L. Madankollu, it-tnejn ta' dawn l-operazzjonijiet inaqqsu l-veloċità tax-xogħol tat-tubu MOS. Għalhekk, fid-disinn attwali taċ-ċirkwit, għandna bżonn nagħmlu kompromess bejn il-qligħ u l-veloċità. Dan il-bilanċ bejn il-qligħ u l-veloċità dejjem kien kwistjoni ċentrali fil-qasam tad-disinn ta 'ċirkwit integrat analogu. Ta 'min jinnota li l-ekwazzjoni li ġejja tista' tidher

Il-gwadann intrinsiku tat-transistor MOS huwa simili għall-qligħ intrinsiku meta tiddisinja l-effiċjenza tat-transkonduttanza, iżda l-qligħ intrinsiku huwa wkoll affettwat mit-tul tal-kanal. Hekk kif id-daqs tal-karatteristika tal-apparati MOS ikompli jonqos, il-qligħ intrinsiku tagħhom qed jonqos, u dan joħloq sfida dejjem akbar għad-disinji tagħna.

Barra minn hekk, irridu nkunu attenti li vultaġġ ta 'overdrive baxx wisq jista' jikkawża li t-transistor MOS jidħol fir-reġjun ta 'subthreshold, fejn il-karatteristiċi operattivi tat-transistor MOS huma differenti ħafna minn dawk fir-reġjun ta' saturazzjoni, u ħafna mill-formuli rilevanti u it-teoriji mhux se jibqgħu japplikaw.