Entwodiksyon nan tib MOS ak pwogrè intrinsèques

MOS, ki se abrevyasyon nan non an angle nan metal-oksid-semiconductor jaden-efè tranzistò, se yon aparèy semi-kondiktè inik ki kontwole aktyèl la nan bouk pwodiksyon an nan efè a jaden elektrik, ki ba li non li. Aparèy la depann prensipalman sou majorite transpòtè nan semi-conducteurs pou fè elektrisite, kidonk li se tou klase kòm yon tranzistò unipolè. Anplis tranzistò MOS, gen divès kalite tankou FET junction (JFETs), FET metal-semiconductor, JLFETs, ak QWFETs. Pami kalite sa yo, MOS tranzistò yo se chwa ki pi souvan itilize akòz anpil avantaj yo, tankou gwo rezistans opinyon, konsomasyon pouvwa ki ba, bri ki ba, ak fasilite nan entegrasyon, epi yo lajman ki itilize nan sikui analòg ak dijital, epi okipe yon absoli. pozisyon dominan nan mache a, byen lwen depase bipolè tranzistò (BJTs).

715-031986-005 Chanm Reyaksyon Hsg Lwr

MOS tranzistò yo plis divize an NMOS (tip N-chanèl) ak PMOS (kalite P-chanèl), tou de nan yo ki fè pati izole FETs pòtay. Lè NMOS ak PMOS yo byen konbine, yo fòme sa nou rele souvan CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) aparèy. Estrikti NMOS fèt pou li ekskiz, ki gen ladan twa elektwòd kle: Sous (S), Gate (G), ak Drenaj (D), ki ka fonksyonèl korelasyon ak emèt, baz, ak pèseptè yon tranzistò bipolè, respektivman. , jan yo montre nan figi ki anba a.

Dyagram nan estrikti NMOS

0040-09723 -unibody, Etch Chamber

Jan yo montre nan figi ki anba a, si pa gen okenn vòltaj aplike nan pòtay la pandan operasyon an nan NMOS, aktyèl la pa ka fòme ant rejyon yo sous ak drenaj akòz mank de chanèl konduktif. Sepandan, lè yo aplike yon vòltaj pozitif ase gwo sou pòtay lavil la, vòltaj sa a aji tankou yon leman pou atire yon ti kantite transpòtè-elektron-nan substra a P-tip, sa ki lakòz yo konsantre nan junction nan pòtay la ak substra. Avèk akimilasyon elektwon, yo pral fòme yon kouch envès plen ak elektwon sou sifas substra a, ki aktyèlman envèse rejyon orijinal P-kalite a nan yon rejyon N-kalite, konsa bay yon kanal lis pou aktyèl la, se konsa ke la elektwon nan rejyon sous la ka koule san pwoblèm nan rejyon drenaj la pou fòme yon kouran. Pwosesis sa a demontre sans nan tranzistò MOS la kòm yon aparèy kontwòl vòltaj, sa vle di, vòltaj la pòtay yo itilize jisteman kontwole aktyèl la ant sous la ak drenaj. Kouch envès sa a kreye yon chemen transpò efikas elèktron, ki pèmèt elektwon nan rejyon sous la koule kontinyèlman nan rejyon drenaj la, sa ki lakòz fòmasyon yon kouran elektrik. Se poutèt sa, tranzistò a MOS se esansyèlman yon aparèy kontwòl vòltaj, nwayo a nan ki se jisteman kontwole aktyèl la ant sous la ak drenaj nan vòltaj la pòtay. Nou defini vòltaj minimòm pòtay ki nesesè pou limen FET a kòm vòltaj papòt la. Pòtay la jwe wòl yon switch isit la: lè vòltaj pòtay la tonbe pi ba pase vòltaj la papòt oswa lè yo retire vòltaj pòtay la, li se etenn, anpeche pasaj aktyèl la ant sous ak drenaj; Lè vòltaj pòtay la pi wo pase vòltaj papòt la, li louvri kanal la epi li pèmèt aktyèl la ant sous ak drenaj koule lib.

Pwopriyete elektrik NMOS
Apre sa, nou dekri yon pwosesis tipik preparasyon tib NMOS. Premyèman, yon kouch epitaxial fòme sou yon substra Silisyòm pa kwasans epitaksi, etap sa a gen pou objaktif pou jwenn yon kristal sèl Silisyòm ak kontni oksijèn ki ba, ki konstitye mwatye semiconductor (S) nan tib MOS la, ak Lè sa a, oksid jaden an prepare pa oksidasyon, fotolitografi ak teknik grave, ki itilize pou izole diferan tib MOS yo epi anpeche entèferans elektrik ant yo. Apre sa, yon pwosesis oksidasyon pase pou jenere yon kouch oksid pòtay, ki se mwatye oksid (O) nan tib MOS la. Pwochen etap la se depoze materyèl polysilicon la epi fòme yon pòtay polysilicon atravè pwosesis fotolitografi ak grave, byenke polysilicon se pa yon metal nan sans tradisyonèl la, li gen bon konduktiviti apre dopaj epi li apwopriye pou pwosesis sikwi entegre, kidonk ranplase metalik la pi bonè. materyèl aliminyòm. Lè sa a, li antre nan etap pwodiksyon an nan zòn sous la ak zòn nan koule, ki se premye fenèt pa pwosesis la fotolitografi, ki te swiv pa piki a nan iyon fosfò, ak rkwit estabilize estrikti a. Sa a se swiv pa depozisyon an nan yon kouch fosfosilikat vè (PSG) kòm yon kouch dielectric, ki se lis pa depo ak pwosesis reflow, tap mete yon fondasyon bon pou etap ki vin apre litografi. Lè sa a, PSG a se fotolitografi ak grave pou kreye modèl la vle. Apre sa, alyaj aliminyòm-Silisyòm depoze kòm materyèl koneksyon metal la, epi koneksyon metal la prepare pa fotolitografi ak pwosesis grave. Finalman, yon kouch nitrure Silisyòm depoze kòm yon kouch pwoteksyon pasivasyon pou bay plis pwoteksyon ak estabilite nan aparèy la tout antye.

Pwofi intrinsèque nan tib MOS la
Maksimòm ti-siyal ki ba-frekans ke yon tranzistò ka montre nan yon konfigirasyon anplifikatè sous komen defini kòm benefis intrinsèque tranzistò MOS la, ki ka eksprime kòm

Pwosesis detaye derivasyon an omisyon isit la. Dapre fòmil sa a, benefis intrinsèque tranzistò MOS la se envès pwopòsyonèl ak vòltaj la overdrive ak koyefisyan modulation longè Groove λ. Depi λ se envès pwopòsyonèl ak longè chanèl L nan tib MOS la, benefis intrinsèque a ogmante ak ogmantasyon L. Teyorikman, benefis intrinsèque tranzistò MOS la ka ogmante lè yo diminye vòltaj la overdrive ak ogmante L. Sepandan, tou de nan operasyon sa yo ralanti vitès k ap travay tib MOS la. Se poutèt sa, nan konsepsyon sikwi aktyèl la, nou bezwen fè yon echanj ant benefis ak vitès. Balans sa a ant benefis ak vitès te toujou yon pwoblèm santral nan jaden an nan konsepsyon sikwi entegre analòg. Li se vo anyen ke ekwasyon sa a ka wè

Pwofi nan tranzistò MOS se menm jan ak benefis nan intrinsèques lè konsepsyon efikasite nan transkonductans, men se benefis nan intrinsèques Anplis de sa ki afekte nan longè kanal la. Kòm gwosè karakteristik aparèy MOS yo ap kontinye retresi, benefis intrinsèques yo ap diminye, sa ki poze yon defi ogmante nan desen nou yo.

Anplis de sa, nou bezwen fè atansyon ke twò ba yon vòltaj overdrive ka lakòz tranzistò a MOS antre nan rejyon an subthreshold, kote karakteristik sa yo opere nan tranzistò a MOS yo trè diferan de sa yo ki nan rejyon an saturation, ak anpil nan fòmil yo ki enpòtan ak teyori yo p ap aplike ankò.