পিএমওএস ট্রানজিস্টর: কাজ, নির্মাণ, ক্রস সেকশন এবং এর বৈশিষ্ট্য

এমওএস ট্রানজিস্টর হল বড় আকারের ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট ডিজাইনের সবচেয়ে মৌলিক উপাদান। এই ট্রানজিস্টরগুলিকে সাধারণত PMOS এবং NMOS দুই প্রকারে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়। এনএমওএস এবং পিএমওএস ট্রানজিস্টরের সংমিশ্রণটি একটি হিসাবে পরিচিত CMOS ট্রানজিস্টর . ব্যবধান যুক্তির পথ এবং অন্যান্য ডিজিটাল লজিক ডিভাইস যা বাস্তবায়িত হয় তাদের অবশ্যই PMOS লজিক থাকতে হবে। এই প্রযুক্তি সস্তা এবং হস্তক্ষেপ ভাল প্রতিরোধের আছে. এই নিবন্ধটি একটি PMOS ট্রানজিস্টরের মত MOS ট্রানজিস্টরের প্রকারগুলির একটি নিয়ে আলোচনা করে।

PMOS ট্রানজিস্টর কি?

পিএমওএস ট্রানজিস্টর বা পি-চ্যানেল মেটাল অক্সাইড সেমিকন্ডাক্টর হল এক ধরনের ট্রানজিস্টর যেখানে পি-টাইপ ডোপ্যান্টগুলি চ্যানেল বা গেট অঞ্চলে ব্যবহার করা হয়। এই ট্রানজিস্টরটি ঠিক NMOS ট্রানজিস্টরের বিপরীত। এই ট্রানজিস্টরের তিনটি প্রধান টার্মিনাল আছে; উৎস, গেট এবং ড্রেন যেখানে ট্রানজিস্টরের উৎস একটি পি-টাইপ সাবস্ট্রেট দিয়ে ডিজাইন করা হয়েছে এবং ড্রেন টার্মিনালটি একটি এন-টাইপ সাবস্ট্রেট দিয়ে ডিজাইন করা হয়েছে। এই ট্রানজিস্টরে, ছিদ্রের মতো চার্জ বাহক কারেন্ট সঞ্চালনের জন্য দায়ী। PMOS ট্রানজিস্টর চিহ্নগুলি নীচে দেখানো হয়েছে।

PMOS ট্রানজিস্টর কিভাবে কাজ করে?

পি-টাইপ ট্রানজিস্টর কাজ করছে এন-টাইপ ট্রানজিস্টরের একেবারে বিপরীত। এই ট্রানজিস্টরটি একটি ওপেন সার্কিট তৈরি করবে যখনই এটি নন-নেগেজিবল ভোল্টেজ পাবে যার মানে, গেট (G) টার্মিনাল থেকে উৎস (S) পর্যন্ত বিদ্যুতের প্রবাহ নেই। একইভাবে, এই ট্রানজিস্টরটি একটি ক্লোজ সার্কিট গঠন করে যখন এটি প্রায় 0 ভোল্টে ভোল্টেজ পায় যার অর্থ হল গেট (G) টার্মিনাল থেকে ড্রেনে (D) কারেন্ট প্রবাহিত হয়।

এই বুদ্বুদটি একটি বিপরীত বুদবুদ হিসাবেও পরিচিত। সুতরাং এই বৃত্তের প্রধান কাজ হল ইনপুট ভোল্টেজের মানকে উল্টানো। যদি গেট টার্মিনাল একটি 1 ভোল্টেজ প্রদান করে, তাহলে এই বৈদ্যুতিন সংকেতের মেরু বদল এটিকে শূন্যে পরিবর্তন করবে এবং সেই অনুযায়ী সার্কিটকে কাজ করবে। তাই PMOS ট্রানজিস্টর এবং NMOS ট্রানজিস্টরের কাজ একেবারে বিপরীত। একবার আমরা সেগুলিকে একটি একক MOS সার্কিটে একত্রিত করে ফেলি, তারপর এটি একটি CMOS (পরিপূরক মেটাল-অক্সাইড সেমিকন্ডাক্টর) সার্কিটে পরিণত হবে।

PMOS ট্রানজিস্টরের ক্রস সেকশন

PMOS ট্রানজিস্টরের ক্রস-সেকশন নীচে দেখানো হয়েছে। একটি pMOS ট্রানজিস্টর গেট সংলগ্ন দুটি p-টাইপ সেমিকন্ডাক্টর অঞ্চল সহ একটি এন-টাইপ বডি সহ নির্মিত। এই ট্রানজিস্টরের একটি নিয়ন্ত্রক গেট রয়েছে যেমনটি চিত্রে দেখানো হয়েছে যা উৎস এবং ড্রেনের মতো দুটি টার্মিনালের মধ্যে ইলেকট্রন প্রবাহ নিয়ন্ত্রণ করে। pMOS ট্রানজিস্টরে, বডিটি +ve ভোল্টেজে রাখা হয়। একবার গেট টার্মিনাল ইতিবাচক হলে, উৎস এবং ড্রেন টার্মিনালগুলি বিপরীত পক্ষপাতী হয়। একবার এটি ঘটলে, কারেন্টের কোন প্রবাহ নেই, তাই ট্রানজিস্টরটি বন্ধ হয়ে যাবে।

একবার গেট টার্মিনালে ভোল্টেজ সরবরাহ কমিয়ে দিলে, তখন ইতিবাচক চার্জ বাহক Si-SiO2 ইন্টারফেসের নীচে আকৃষ্ট হবে। যখনই ভোল্টেজ পর্যাপ্ত পরিমাণে কম হয় তখন চ্যানেলটি উল্টে যায় এবং কারেন্ট প্রবাহের অনুমতি দিয়ে উৎস টার্মিনাল থেকে ড্রেনে একটি পরিবাহী পথ তৈরি করে।

যখনই এই ট্রানজিস্টরগুলি ডিজিটাল লজিকের সাথে ডিল করে তখন সাধারণত দুটি ভিন্ন মান থাকে শুধুমাত্র 1 এবং 0 (চালু এবং বন্ধ)। ট্রানজিস্টরের ধনাত্মক ভোল্টেজ VDD নামে পরিচিত যা ডিজিটাল সার্কিটের মধ্যে লজিক উচ্চ (1) মানকে উপস্থাপন করে। ভিডিডি ভোল্টেজের মাত্রা TTL যুক্তি সাধারণত প্রায় 5V ছিল। বর্তমানে ট্রানজিস্টর আসলে এই ধরনের উচ্চ ভোল্টেজ সহ্য করতে পারে না কারণ সেগুলি সাধারণত 1.5V - 3.3V এর মধ্যে হয়ে থাকে। কম ভোল্টেজ প্রায়শই GND বা VSS নামে পরিচিত। সুতরাং, VSS যুক্তি '0' নির্দেশ করে এবং এটি সাধারণত 0V তে সেট করা হয়।

PMOS ট্রানজিস্টর সার্কিট

PMOS ট্রানজিস্টর এবং NMOS ট্রানজিস্টর ব্যবহার করে NAND গেটের নকশা নীচে দেখানো হয়েছে। সাধারণত, ডিজিটাল ইলেকট্রনিক্সে একটি NAND গেট হল একটি লজিক গেট যাকে NOT-AND গেটও বলা হয়। এই গেটের আউটপুট কম (0) শুধুমাত্র যদি দুটি ইনপুট বেশি হয় (1) এবং এর আউটপুট একটি AND গেটের পরিপূরক। যদি দুটি ইনপুটের যে কোনো একটি কম (0) হয়, তাহলে এটি উচ্চ আউটপুট ফলাফল দেয়।

নীচের লজিক সার্কিটে, যদি ইনপুট A 0 হয় এবং B 0 হয়, তাহলে pMOS-এর A ইনপুট '1' উৎপন্ন করবে এবং nMOS-এর A ইনপুট '0' উৎপন্ন করবে। সুতরাং, এই লজিক গেটটি একটি লজিক্যাল '1' তৈরি করে কারণ এটি একটি ক্লোজ সার্কিট দ্বারা উৎসের সাথে সংযুক্ত এবং একটি খোলা সার্কিটের মাধ্যমে GND থেকে বিচ্ছিন্ন।

যখন A '0' এবং B' হয় '1', তখন pMOS-এর একটি ইনপুট একটি '1' তৈরি করবে এবং NMOS-এর একটি ইনপুট একটি '0' তৈরি করবে। সুতরাং, এই গেটটি একটি যৌক্তিক একটি তৈরি করবে কারণ এটি একটি ক্লোজ সার্কিটের মাধ্যমে উৎসের সাথে সংযুক্ত এবং একটি খোলা সার্কিট দ্বারা GND থেকে বিচ্ছিন্ন। যখন A '1' এবং B '0' হয়, তখন pMOS-এর 'B' ইনপুট উচ্চ আউটপুট (1) এবং NMOS-এর 'B' ইনপুট কম (0) হিসাবে একটি আউটপুট তৈরি করবে। সুতরাং, এই লজিক গেটটি একটি লজিক্যাল 1 তৈরি করবে কারণ এটি একটি বন্ধ সার্কিটের মাধ্যমে উৎসের সাথে সংযুক্ত এবং একটি খোলা সার্কিট দ্বারা GND থেকে বিচ্ছিন্ন।

যখন A '1' এবং B হয় '1', তখন 'pMOS-এর A ইনপুট একটি শূন্য উৎপন্ন করবে, এবং nMOS-এর একটি ইনপুট '1' উৎপন্ন করবে। ফলস্বরূপ, আমাদের pMOS এবং nMOS-এর B ইনপুটও যাচাই করা উচিত। pMOS-এর B ইনপুট একটি '0' তৈরি করবে এবং nMOS-এর B ইনপুট একটি '1' তৈরি করবে। সুতরাং, এই লজিক গেটটি একটি লজিক্যাল '0' তৈরি করবে কারণ এটি একটি ওপেন সার্কিট দ্বারা উৎস থেকে বিচ্ছিন্ন এবং একটি বন্ধ সার্কিটের মাধ্যমে GND-এর সাথে সংযুক্ত।

সঠিক তালিকা

উপরের লজিক সার্কিটের সত্য সারণীটি নীচে দেওয়া হল।

PMOS ট্রানজিস্টরের থ্রেশহোল্ড ভোল্টেজ সাধারণত 'Vgs' হয় যা চ্যানেল ইনভার্সন নামে পরিচিত চ্যানেল তৈরি করতে প্রয়োজনীয়। একটি PMOS ট্রানজিস্টরে, সাবস্ট্রেট এবং সোর্স টার্মিনালগুলি কেবল 'Vdd' এর সাথে সংযুক্ত থাকে। যদি আমরা ভিডিডি থেকে গেট টার্মিনালে সোর্স টার্মিনালের রেফারেন্সের মাধ্যমে ভোল্টেজ কমাতে শুরু করি যেখানে আপনি চ্যানেল ইনভার্সন লক্ষ্য করেন, এই অবস্থানে যদি আপনি Vgs এবং উত্স উচ্চ সম্ভাবনায় থাকা বিশ্লেষণ করেন, তাহলে আপনি একটি নেতিবাচক মান পাবেন। সুতরাং, PMOS ট্রানজিস্টরের একটি ঋণাত্মক Vth মান রয়েছে।

পিএমওএস তৈরির প্রক্রিয়া

PMOS ট্রানজিস্টর তৈরির সাথে জড়িত পদক্ষেপগুলি নীচে আলোচনা করা হয়েছে।

ধাপ 1:

একটি পাতলা সিলিকন ওয়েফার স্তরকে কেবল ফসফরাস উপাদান ডোপ করে এন-টাইপ উপাদানে পরিবর্তন করা হয়।

ধাপ ২:

একটি পুরু সিলিকন ডাই অক্সাইড (Sio2) স্তর একটি সম্পূর্ণ পি-টাইপ সাবস্ট্রেটে জন্মায়।

ধাপ 3:

এখন পৃষ্ঠটি পুরু সিলিকন ডাই অক্সাইড স্তরের উপর একটি ফটোরেসিস্ট দিয়ে লেপা।

ধাপ 4:

এর পরে, এই স্তরটি একটি মুখোশের মাধ্যমে অতিবেগুনী রশ্মির সংস্পর্শে আসে যা সেই অঞ্চলগুলিকে সংজ্ঞায়িত করে যেখানে ট্রানজিস্টর চ্যানেলগুলির সাথে একসাথে ছড়িয়ে পড়তে হবে।

ধাপ 5:

এই অঞ্চলগুলি অন্তর্নিহিত সিলিকন ডাই অক্সাইডের সাথে পারস্পরিকভাবে খোদাই করা হয় যাতে ওয়েফারের পৃষ্ঠটি মুখোশ দ্বারা সংজ্ঞায়িত উইন্ডোর মধ্যে উন্মুক্ত হয়।

ধাপ 6:

অবশিষ্ট ফটোরেসিস্টটি বিচ্ছিন্ন এবং পাতলা Sio2 স্তরটি সাধারণত 0.1 মাইক্রোমিটার চিপের সমগ্র পৃষ্ঠে বৃদ্ধি পায়। এর পরে, গেটের কাঠামো তৈরি করতে এর উপর পলিসিলিকন স্থাপন করা হয়। একটি ফটোরেসিস্ট পুরো পলিসিলিকন স্তরের উপর স্থাপন করা হয় এবং মুখোশ 2 এর মাধ্যমে UV আলোকে প্রকাশ করে।

ধাপ 7:

ডিফিউশনগুলি সর্বাধিক তাপমাত্রায় ওয়েফার গরম করার মাধ্যমে এবং বোরনের মতো কাঙ্ক্ষিত পি-টাইপ অমেধ্য সহ গ্যাস পাস করার মাধ্যমে অর্জন করা হয়।

ধাপ 8:

একটি 1-মাইক্রোমিটার পুরুত্বের সিলিকন ডাই অক্সাইড জন্মানো হয় এবং এতে ফটোরেসিস্ট উপাদান জমা হয়। গেট, উৎস এবং ড্রেনের পছন্দসই জায়গাগুলিতে মাস্ক 3 সহ অতিবেগুনী রশ্মি প্রকাশ করুন যা যোগাযোগ কাটার জন্য খোদাই করা হয়।

ধাপ 9:

এখন একটি ধাতু বা অ্যালুমিনিয়াম তার 1-মাইক্রোমিটার পুরুত্বের পৃষ্ঠের উপরে জমা হয়। আবার একটি ফটোরেসিস্ট উপাদান পুরো ধাতু জুড়ে জন্মায় এবং মাস্ক 4 এর মাধ্যমে ইউভি আলো প্রকাশ করে যা প্রয়োজনীয় আন্তঃসংযোগ নকশা তৈরি করতে খোদাই করা হয়। চূড়ান্ত PMOS কাঠামো নীচে দেখানো হয়েছে।

PMOS ট্রানজিস্টরের বৈশিষ্ট্য

PMOS ট্রানজিস্টর I-V বৈশিষ্ট্যগুলি নীচে দেখানো হয়েছে। ড্রেন থেকে সোর্স কারেন্ট (I DS) এবং রৈখিক এবং স্যাচুরেশন অঞ্চলের মতো এর টার্মিনাল ভোল্টেজগুলির মধ্যে সম্পর্ক প্রাপ্ত করার জন্য এই বৈশিষ্ট্যগুলিকে দুটি অঞ্চলে ভাগ করা হয়েছে।

একটি লাইনার অঞ্চলে, আইডিএস রৈখিকভাবে বৃদ্ধি পাবে যখন VDS (ড্রেন টু সোর্স ভোল্টেজ) বৃদ্ধি পাবে যেখানে স্যাচুরেশন অঞ্চলে, I DS স্থিতিশীল এবং এটি VDS থেকে স্বাধীন। আইএসডি (প্রবাহ নিষ্কাশনের উৎস) এবং এর টার্মিনাল ভোল্টেজের মধ্যে প্রধান সম্পর্ক এনএমওএস ট্রানজিস্টরের অনুরূপ পদ্ধতি দ্বারা উদ্ভূত হয়। এই ক্ষেত্রে, একমাত্র পরিবর্তন হবে ইনভার্সন লেয়ারের মধ্যে উপস্থিত চার্জ বাহকগুলি কেবল গর্ত। যখন গর্তগুলি উৎস থেকে ড্রেনে চলে যায় তখন স্রোতের প্রবাহও একই রকম হয়।

সুতরাং, বর্তমান সমীকরণের মধ্যে নেতিবাচক চিহ্নটি উপস্থিত হয়। উপরন্তু, ডিভাইসের টার্মিনালগুলিতে সমস্ত প্রয়োগ করা পক্ষপাতগুলি নেতিবাচক। সুতরাং, পিএমওএস ট্রানজিস্টরের আইডি - ভিডিএস বৈশিষ্ট্যগুলি নীচে দেখানো হয়েছে।
রৈখিক অঞ্চলে PMOS ট্রানজিস্টরের জন্য ড্রেন কারেন্ট সমীকরণটি দেওয়া হয়েছে:

আইডি = – এমপি কক্স

একইভাবে, স্যাচুরেশন অঞ্চলে PMOS ট্রানজিস্টরের জন্য ড্রেন কারেন্ট সমীকরণটি দেওয়া হয়েছে:

আইডি = – mp কক্স (VSG – | V TH |p )^2

যেখানে 'mp' হল গর্তের গতিশীলতা এবং '|VTH| p’ হল PMOS ট্রানজিস্টরের থ্রেশহোল্ড ভোল্টেজ।

উপরের সমীকরণে, নেতিবাচক চিহ্নটি নির্দেশ করবে যে ID( ড্রেন কারেন্ট ) ড্রেন (D) থেকে উৎসে (S) প্রবাহিত হয় যেখানে গর্তগুলি বিপরীত দিকে প্রবাহিত হয়। ইলেক্ট্রন গতিশীলতার তুলনায় যখন গর্তের গতিশীলতা কম হয় তখন পিএমওএস ট্রানজিস্টর কম কারেন্ট ড্রাইভের ক্ষমতার দ্বারা ভোগে।

এইভাবে, এটি সবই পিএমওএস ট্রানজিস্টর বা পি-টাইপ এমওএস ট্রানজিস্টরের একটি সংক্ষিপ্ত বিবরণ - ফ্যাব্রিকেশন, সার্কিট এবং এর কাজ। পিএমওএস ট্রানজিস্টর ডিজাইন করা হয়েছে একটি পি-উৎস, একটি এন-সাবস্ট্রেট এবং ড্রেন সহ। PMOS এর চার্জ বাহক হল গর্ত। গেট টার্মিনালে কম ভোল্টেজ প্রয়োগ করা হলে এই ট্রানজিস্টরটি পরিচালনা করে। এনএমওএস ডিভাইসের তুলনায় পিএমওএস-ভিত্তিক ডিভাইসগুলি হস্তক্ষেপের প্রবণতা কম। এই ট্রানজিস্টরগুলিকে ভোল্টেজ-নিয়ন্ত্রিত প্রতিরোধক, সক্রিয় লোড, কারেন্ট মিরর, ট্রান্স-ইম্পিডেন্স এমপ্লিফায়ার এবং সুইচ এবং ভোল্টেজ পরিবর্ধক হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। এখানে আপনার জন্য একটি প্রশ্ন, একটি NMOS ট্রানজিস্টর কি?