NMOS ট্রানজিস্টর: কাজ, সার্কিট, ফ্যাব্রিকেশন এবং এর বৈশিষ্ট্য

মেটাল অক্সাইড সেমিকন্ডাক্টর ট্রানজিস্টর বা এমওএস ট্রানজিস্টর হল লজিক চিপস, প্রসেসর এবং আধুনিক ডিজিটাল স্মৃতিতে একটি মৌলিক বিল্ডিং ব্লক। এটি একটি সংখ্যাগরিষ্ঠ-ক্যারিয়ার ডিভাইস, যেখানে উৎস এবং ড্রেনের মধ্যে একটি পরিবাহী চ্যানেলের মধ্যে কারেন্টকে গেটে প্রয়োগ করা ভোল্টেজ দ্বারা পরিমিত করা হয়। এই এমওএস ট্রানজিস্টরটি বিভিন্ন এনালগ এবং মিশ্র-সংকেত আইসি-তে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। এই ট্রানজিস্টরটি বেশ মানিয়ে নেওয়া যায়, তাই একটি পরিবর্ধক, একটি সুইচ বা একটি হিসাবে কাজ করে প্রতিরোধক . না ট্রানজিস্টর PMOS এবং NMOS দুই ধরনের শ্রেণীবদ্ধ করা হয়। সুতরাং, এই নিবন্ধটি একটি ওভারভিউ আলোচনা NMOS ট্রানজিস্টর - ফ্যাব্রিকেশন, সার্কিট এবং কাজ।

একটি NMOS ট্রানজিস্টর কি?

একটি এনএমওএস (এন-চ্যানেল মেটাল-অক্সাইড সেমিকন্ডাক্টর) ট্রানজিস্টর হল এক ধরনের ট্রানজিস্টর যেখানে গেট অঞ্চলে এন-টাইপ ডোপ্যান্ট ব্যবহার করা হয়। গেট টার্মিনালের একটি ধনাত্মক (+ve) ভোল্টেজ ডিভাইসটি চালু করে। এই ট্রানজিস্টর প্রধানত ব্যবহৃত হয় CMOS (পরিপূরক মেটাল-অক্সাইড সেমিকন্ডাক্টর) ডিজাইন এবং এছাড়াও যুক্তিবিদ্যা এবং মেমরি চিপগুলিতে। পিএমওএস ট্রানজিস্টরের তুলনায়, এই ট্রানজিস্টরটি খুব দ্রুত, তাই একটি একক চিপে আরও ট্রানজিস্টর স্থাপন করা যেতে পারে। NMOS ট্রানজিস্টর প্রতীকটি নীচে দেখানো হয়েছে।

NMOS ট্রানজিস্টর কিভাবে কাজ করে?

NMOS ট্রানজিস্টরের কাজ হল; যখন এনএমওএস ট্রানজিস্টর একটি নন-নেগেজিবল ভোল্টেজ পায় তখন এটি একটি ক্লোজ সার্কিট গঠন করে যার অর্থ সোর্স টার্মিনাল থেকে ড্রেনের সাথে সংযোগ একটি তারের মতো কাজ করে। তাই কারেন্ট গেট টার্মিনাল থেকে উৎসের দিকে প্রবাহিত হয়। একইভাবে, যখন এই ট্রানজিস্টরটি আনুমানিক 0V এ ভোল্টেজ পায় তখন এটি একটি ওপেন সার্কিট তৈরি করে যার অর্থ সোর্স টার্মিনাল থেকে ড্রেনের সাথে সংযোগ বিচ্ছিন্ন হয়ে যাবে, তাই কারেন্ট গেট টার্মিনাল থেকে ড্রেনে প্রবাহিত হয়।

NMOS ট্রানজিস্টরের ক্রস সেকশন

সাধারণত, একটি এনএমওএস ট্রানজিস্টর কেবলমাত্র দুটি এন-টাইপ সেমিকন্ডাক্টর অঞ্চল দ্বারা একটি পি-টাইপ বডি দিয়ে তৈরি করা হয় যা উৎস এবং ড্রেন নামে পরিচিত গেটের সংলগ্ন। এই ট্রানজিস্টরের একটি কন্ট্রোলিং গেট রয়েছে যা উৎস এবং ড্রেন টার্মিনালের মধ্যে ইলেক্ট্রন প্রবাহ নিয়ন্ত্রণ করে।

এই ট্রানজিস্টরে, যেহেতু ট্রানজিস্টরের বডি গ্রাউন্ডেড, তাই উৎসের PN জংশন এবং বডির দিকে ড্রেন বিপরীত পক্ষপাতী। গেট টার্মিনালে ভোল্টেজ বাড়ানো হলে, একটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র বাড়তে শুরু করবে এবং Si-SiO2 ইন্টারফেসের বেসে মুক্ত ইলেকট্রনকে আকর্ষণ করবে।

একবার ভোল্টেজ যথেষ্ট বেশি হয়ে গেলে, তারপর ইলেক্ট্রনগুলি সমস্ত গর্ত পূরণ করে এবং চ্যানেল নামে পরিচিত গেটের নীচে একটি পাতলা অঞ্চল এন-টাইপ সেমিকন্ডাক্টর হিসাবে কাজ করার জন্য উল্টে যায়। এটি কারেন্ট প্রবাহের অনুমতি দিয়ে উৎস টার্মিনাল থেকে ড্রেনে একটি কন্ডাক্টিং লেন তৈরি করবে, তাই ট্রানজিস্টর চালু হবে। যদি গেট টার্মিনালটি গ্রাউন্ড করা হয় তবে বিপরীত-পক্ষপাতযুক্ত জংশনে কোনও কারেন্ট প্রবাহিত হয় না তাই ট্রানজিস্টরটি বন্ধ হয়ে যাবে।

NMOS ট্রানজিস্টর সার্কিট

PMOS এবং NMOS ট্রানজিস্টর ব্যবহার করে NOT গেট ডিজাইন নীচে দেখানো হয়েছে। একটি নট গেট ডিজাইন করার জন্য, আমাদের একটি পিএমওএস ট্রানজিস্টরকে উত্সের সাথে এবং একটি এনএমওএস ট্রানজিস্টরকে মাটিতে সংযুক্ত করে pMOS এবং nMOS ট্রানজিস্টরকে একত্রিত করতে হবে। তাই সার্কিট হবে আমাদের প্রথম CMOS ট্রানজিস্টরের উদাহরণ।

NOT গেট হল এক ধরনের লজিক গেট যা আউটপুট হিসাবে একটি উল্টানো ইনপুট তৈরি করে। এই গেটটিকে ইনভার্টারও বলা হয়। ইনপুট '0' হলে, উল্টানো আউটপুট হবে '1'।

যখন ইনপুট শূন্য হয়, তখন এটি উপরের দিকে পিএমওএস ট্রানজিস্টরে যায় এবং নিচের দিকে এনএমওএস ট্রানজিস্টরে যায়। একবার ইনপুট মান '0' pMOS ট্রানজিস্টরে পৌঁছে, তারপর এটি '1' এ উল্টানো হয়। এইভাবে, উৎসের দিকে সংযোগ বন্ধ করা হয়। তাই এটি একটি যুক্তি '1' মান তৈরি করবে যদি ড্রেনের (GND) দিকে সংযোগটিও বন্ধ থাকে। আমরা জানি যে nMOS ট্রানজিস্টর ইনপুট মানকে উল্টে দেবে না, এইভাবে এটি শূন্য মানটি যেমন আছে এবং এটি ড্রেনে একটি খোলা সার্কিট তৈরি করবে। সুতরাং, গেটের জন্য একটি যৌক্তিক এক মান তৈরি করা হয়।

একইভাবে, যদি ইনপুট মান '1' হয় তবে এই মানটি উপরের সার্কিটের উভয় ট্রানজিস্টরে পাঠানো হয়। একবার '1' মানটি pMOS ট্রানজিস্টর গ্রহণ করলে, এটি একটি 'o'-তে উল্টে যাবে। ফলস্বরূপ, উৎসের দিকে সংযোগ উন্মুক্ত। একবার nMOS ট্রানজিস্টর '1 মান গ্রহণ করলে, এটি উল্টানো হবে না। সুতরাং, ইনপুট মান এক হিসাবে থাকে। একবার nMOS ট্রানজিস্টর দ্বারা একটি মান পাওয়া গেলে, GND-এর সাথে সংযোগ বন্ধ হয়ে যায়। সুতরাং এটি একটি আউটপুট হিসাবে একটি লজিক '0' তৈরি করবে।

ফ্যাব্রিকেশন প্রক্রিয়া

এনএমওএস ট্রানজিস্টর তৈরির প্রক্রিয়ার সাথে জড়িত অনেক পদক্ষেপ রয়েছে। একই প্রক্রিয়া PMOS এবং CMOS ট্রানজিস্টরের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে। এই ফ্যাব্রিকেশনে সর্বাধিক ব্যবহৃত উপাদান হল পলিসিলিকন বা ধাতু। NMOS ট্রানজিস্টরের ধাপে ধাপে ফেব্রিকেশন প্রক্রিয়ার ধাপগুলি নীচে আলোচনা করা হয়েছে।

ধাপ 1:

একটি পাতলা সিলিকন ওয়েফার স্তর কেবল বোরন উপাদানের সাথে ডোপিং করে পি-টাইপ উপাদানে পরিবর্তিত হয়।

ধাপ ২:

একটি পুরু Sio2 স্তর একটি সম্পূর্ণ পি-টাইপ সাবস্ট্রেটে জন্মায়

ধাপ 3:

এখন পৃষ্ঠটি পুরু Sio2 স্তরে একটি ফটোরেসিস্টের মাধ্যমে প্রলিপ্ত।

ধাপ 4:

পরবর্তীতে, এই স্তরটি একটি মুখোশের সাহায্যে UV আলোর সংস্পর্শে আসে যা সেই অঞ্চলগুলিকে বর্ণনা করে যেখানে ট্রানজিস্টর চ্যানেলগুলির সাথে যৌথভাবে ছড়িয়ে পড়তে হবে।

ধাপ 5:

এই অঞ্চলগুলি অন্তর্নিহিত Sio2 এর সাথে পারস্পরিকভাবে খোদাই করা হয় যাতে ওয়েফারের পৃষ্ঠটি মুখোশের মাধ্যমে সংজ্ঞায়িত উইন্ডোর মধ্যে উন্মুক্ত হয়।

ধাপ 6:

অবশিষ্ট ফটোরেসিস্ট আলাদা করা হয় এবং চিপের পুরো মুখের উপর সাধারণত 0.1 মাইক্রোমিটার পাতলা Sio2 স্তর বৃদ্ধি পায়। এর পরে, গেটের কাঠামো তৈরি করতে পলিসিলিকন এটিতে অবস্থিত। একটি ফটোরেসিস্ট সম্পূর্ণ পলিসিলিকন স্তরে স্থাপন করা হয় এবং মুখোশ 2 জুড়ে অতিবেগুনী আলোকে প্রকাশ করে।

ধাপ 7:

সর্বোচ্চ তাপমাত্রায় ওয়েফার গরম করার মাধ্যমে, ফসফরাসের মতো কাঙ্খিত এন-টাইপ অমেধ্য দিয়ে ডিফিউশন অর্জন করা হয় এবং গ্যাস পাস করা হয়।

ধাপ 8:

সিলিকন ডাই-অক্সাইডের এক-মাইক্রোমিটার পুরুত্ব পুরো জুড়ে জন্মানো হয় এবং এর উপর ফোটোরেসিস্ট উপাদান স্থাপন করা হয়। অতিবেগুনী আলো (UV) প্রকাশ করুন মুখোশ 3 এর মাধ্যমে গেটের পছন্দসই অঞ্চলে, উত্স এবং ড্রেন অঞ্চলে যোগাযোগ কাটার জন্য খোদাই করা হয়।

ধাপ 9:

এখন অ্যালুমিনিয়ামের মতো একটি ধাতু তার এক-মাইক্রোমিটার-প্রস্থ পৃষ্ঠের উপরে স্থাপন করা হয়েছে। আরও একবার একটি ফটোরেসিস্ট উপাদান পুরো ধাতু জুড়ে উত্থিত হয় এবং মাস্ক 4 এর মাধ্যমে UV আলোতে প্রকাশ করে যা বাধ্যতামূলক আন্তঃসংযোগ ডিজাইনের একটি খোদাই করা ফর্ম। চূড়ান্ত NMOS গঠন নীচে দেখানো হয়েছে.

PMOS বনাম NMOS ট্রানজিস্টর

PMOS এবং NMOS ট্রানজিস্টরের মধ্যে পার্থক্য নীচে আলোচনা করা হয়েছে।

বৈশিষ্ট্য

দ্য NMOS ট্রানজিস্টরের I-V বৈশিষ্ট্য নীচে দেখানো হয়. গেট এবং সোর্স টার্মিনালের মধ্যে ভোল্টেজ ‘V _জিএস ' এবং উৎস ও নিষ্কাশনের মধ্যেও 'V _{ডি এস} ' সুতরাং, আমি মধ্যে বক্ররেখা _{ডি এস} এবং ভি _{ডি এস} উৎসের টার্মিনালকে গ্রাউন্ডিং করে, একটি প্রাথমিক ভিজিএস মান সেট করে এবং ভি সুইপিং করে অর্জিত হয় _{ডি এস} '0' থেকে V দ্বারা প্রদত্ত সর্বোচ্চ DC ভোল্টেজের মান পর্যন্ত _ডিডি ভি পা দেওয়ার সময় _জিএস '0' থেকে V পর্যন্ত মান _ডিডি . তাই অত্যন্ত কম ভি এর জন্য _জিএস , আই _{ডি এস} অত্যন্ত ছোট এবং একটি রৈখিক প্রবণতা থাকবে। যখন ভি _জিএস মান উচ্চ পায়, তারপর আমি _{ডি এস} V এর উপর নিচের নির্ভরতা বাড়ায় এবং থাকবে _জিএস & ভিতরে _{ডি এস} ;

যদি ভি _জিএস V এর থেকে কম বা সমান _TH , তাহলে ট্রানজিস্টরটি বন্ধ অবস্থায় থাকে এবং একটি ওপেন সার্কিটের মতো কাজ করে।

যদি ভি _জিএস V এর চেয়ে বড় _TH , তারপর দুটি অপারেটিং মোড আছে.

যদি ভি _{ডি এস} V এর চেয়ে কম _জিএস - ভিতরে _TH , তারপর ট্রানজিস্টর রৈখিক মোডে কাজ করে এবং একটি প্রতিরোধ হিসাবে কাজ করে (R _চালু )

IDS = u _eff গ _বলদ W/L [(V _জিএস - ভিতরে _TH )ভিতরে _{ডি এস} - ½ ভি _{ডি এস} ^2]

কোথায়,

'µeff' হল চার্জ ক্যারিয়ারের কার্যকরী গতিশীলতা।

'COX' হল প্রতিটি ইউনিট এলাকার জন্য গেট অক্সাইডের ক্যাপাসিট্যান্স।

W & L হল চ্যানেলের প্রস্থ ও দৈর্ঘ্য সমানভাবে। আর _চালু মান সহজভাবে গেটের ভোল্টেজ দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়;

আর _{চালু =} 1/ইঞ্চি _n গ _বলদ W/L [(V _জিএস - ভিতরে _TH )ভিতরে _{ডি এস} - ½ ভি _{ডি এস} ^2]

যদি VDS V এর থেকে বেশি বা সমান হয় _জিএস - ভিতরে _TH , তারপর ট্রানজিস্টর স্যাচুরেশন মোডের মধ্যে কাজ করে

আমি _{ডি এস} = u _n গ _বলদ W/L [(V _জিএস - ভিতরে _TH )^2 (1+λ V _{ডি এস} ]

এই অঞ্চলে, যখন আমি _{ডি এস} উচ্চতর, তাহলে কারেন্ট ন্যূনতমভাবে V এর উপর নির্ভরশীল _{ডি এস} মান, তবে, এর সর্বোচ্চ মান কেবল VGS এর মাধ্যমে নিয়ন্ত্রিত হয়। চ্যানেলের দৈর্ঘ্য মড্যুলেশন ‘λ’ আইডিএসের মধ্যে ট্রানজিস্টরের ভিডিএসের মধ্যে বৃদ্ধির জন্য দায়ী, কারণ পিঞ্চ-অফ। এই পিঞ্চ-অফ একবার ঘটবে উভয় V _{ডি এস} এবং ভি _জিএস ড্রেন অঞ্চলের কাছাকাছি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের প্যাটার্ন সম্পর্কে সিদ্ধান্ত নিন, এইভাবে প্রাকৃতিক সরবরাহ চার্জ বাহকের দিক পরিবর্তন করে। এই প্রভাবটি কার্যকর চ্যানেলের দৈর্ঘ্য কমিয়ে দেয় এবং I বৃদ্ধি করে _{ডি এস} . আদর্শভাবে, 'λ' '0' এর সমতুল্য যাতে I _{ডি এস} V থেকে সম্পূর্ণ স্বাধীন _{ডি এস} স্যাচুরেশন অঞ্চলের মধ্যে মান।

এইভাবে, এই সব সম্পর্কে একটি NMOS এর একটি ওভারভিউ ট্রানজিস্টর - কাজের সাথে ফ্যাব্রিকেশন এবং সার্কিট। NMOS ট্রানজিস্টর লজিক গেট এবং সেইসাথে অন্যান্য বিভিন্ন ডিজিটাল সার্কিট বাস্তবায়নে একটি মূল ভূমিকা পালন করে। এটি একটি মাইক্রোইলেক্ট্রনিক সার্কিট যা মূলত লজিক সার্কিট, মেমরি চিপ এবং CMOS ডিজাইনের ডিজাইনে ব্যবহৃত হয়। এনএমওএস ট্রানজিস্টরের সবচেয়ে জনপ্রিয় অ্যাপ্লিকেশন হল সুইচ এবং ভোল্টেজ এমপ্লিফায়ার। এখানে আপনার জন্য একটি প্রশ্ন, একটি PMOS ট্রানজিস্টর কি?