NMOS ٹرانزسٹر: ورکنگ، سرکٹ، فیبریکیشن اور اس کی خصوصیات

میٹل آکسائیڈ سیمی کنڈکٹر ٹرانزسٹر یا MOS ٹرانزسٹر لاجک چپس، پروسیسرز اور جدید ڈیجیٹل یادوں میں ایک بنیادی تعمیراتی بلاک ہے۔ یہ ایک اکثریتی کیریئر ڈیوائس ہے، جہاں ذریعہ اور نالی کے درمیان ایک کنڈکٹنگ چینل کے اندر کرنٹ کو گیٹ پر لاگو وولٹیج کے ذریعے ماڈیول کیا جاتا ہے۔ یہ ایم او ایس ٹرانزسٹر مختلف اینالاگ اور مکسڈ سگنل آئی سی میں کلیدی کردار ادا کرتا ہے۔ یہ ٹرانزسٹر کافی حد تک موافقت پذیر ہے، لہذا یہ ایک ایمپلیفائر، سوئچ، یا ایک کے طور پر کام کرتا ہے۔ مزاحم . نہیں ٹرانجسٹر PMOS اور NMOS کو دو اقسام میں تقسیم کیا گیا ہے۔ لہذا، یہ مضمون ایک جائزہ پر بحث کرتا ہے NMOS ٹرانجسٹر - من گھڑت، سرکٹ اور کام کرنا۔

NMOS ٹرانجسٹر کیا ہے؟

این ایم او ایس (این چینل میٹل آکسائیڈ سیمی کنڈکٹر) ٹرانجسٹر ایک قسم کا ٹرانزسٹر ہے جہاں گیٹ کے علاقے میں این ٹائپ ڈوپینٹس استعمال کیے جاتے ہیں۔ گیٹ ٹرمینل پر ایک مثبت (+ve) وولٹیج ڈیوائس کو آن کرتا ہے۔ یہ ٹرانجسٹر بنیادی طور پر استعمال ہوتا ہے۔ CMOS (تکمیل میٹل آکسائیڈ سیمی کنڈکٹر) ڈیزائن اور منطق اور میموری چپس میں بھی۔ پی ایم او ایس ٹرانزسٹر کے مقابلے میں، یہ ٹرانزسٹر بہت تیز ہے، اس لیے ایک چپ پر زیادہ ٹرانزسٹر رکھے جا سکتے ہیں۔ NMOS ٹرانجسٹر کی علامت ذیل میں دکھائی گئی ہے۔

NMOS ٹرانجسٹر کیسے کام کرتا ہے؟

NMOS ٹرانجسٹر کا کام ہے؛ جب NMOS ٹرانزسٹر کو غیر معمولی وولٹیج ملتا ہے تو یہ ایک بند سرکٹ بناتا ہے جس کا مطلب ہے کہ سورس ٹرمینل سے ڈرین کا کنکشن ایک تار کی طرح کام کرتا ہے۔ تو کرنٹ گیٹ ٹرمینل سے ماخذ کی طرف بہتا ہے۔ اسی طرح، جب یہ ٹرانزسٹر تقریباً 0V پر وولٹیج حاصل کرتا ہے تو یہ ایک کھلا سرکٹ بناتا ہے جس کا مطلب ہے کہ سورس ٹرمینل سے ڈرین کا کنکشن ٹوٹ جائے گا، اس لیے گیٹ ٹرمینل سے کرنٹ کا بہاؤ ڈرین کی طرف ہوتا ہے۔

NMOS ٹرانجسٹر کا کراس سیکشن

عام طور پر، ایک NMOS ٹرانجسٹر کو صرف p-type باڈی کے ساتھ دو n-type سیمک کنڈکٹر ریجنز کے ذریعے بنایا جاتا ہے جو کہ گیٹ سے متصل ہوتے ہیں جسے سورس اور ڈرین کہا جاتا ہے۔ اس ٹرانجسٹر میں ایک کنٹرولنگ گیٹ ہے جو سورس اور ڈرین ٹرمینلز کے درمیان الیکٹران کے بہاؤ کو کنٹرول کرتا ہے۔

اس ٹرانزسٹر میں، چونکہ ٹرانزسٹر کی باڈی گراؤنڈ ہوتی ہے، اس لیے ماخذ اور نالی کے PN جنکشن جسم کی طرف متوجہ ہوتے ہیں۔ اگر گیٹ ٹرمینل پر وولٹیج بڑھایا جاتا ہے، تو برقی میدان بڑھنا شروع ہو جائے گا اور مفت الیکٹرانوں کو Si-SiO2 انٹرفیس کی بنیاد کی طرف راغب کرے گا۔

ایک بار جب وولٹیج کافی زیادہ ہو جاتا ہے، تو الیکٹران تمام سوراخوں کو پُر کرتے ہیں اور گیٹ کے نیچے ایک پتلا خطہ جو کہ چینل کے نام سے جانا جاتا ہے ایک این قسم کے سیمی کنڈکٹر کے طور پر کام کرنے کے لیے الٹا ہو جائے گا۔ یہ کرنٹ کے بہاؤ کی اجازت دے کر سورس ٹرمینل سے ڈرین تک ایک کنڈکٹنگ لین بنائے گا، اس لیے ٹرانزسٹر آن ہو جائے گا۔ اگر گیٹ ٹرمینل گراؤنڈ ہے تو ریورس بائیسڈ جنکشن میں کوئی کرنٹ نہیں بہہ رہا ہے اس لیے ٹرانجسٹر آف ہو جائے گا۔

NMOS ٹرانجسٹر سرکٹ

PMOS اور NMOS ٹرانجسٹرز کا استعمال کرتے ہوئے NOT گیٹ کا ڈیزائن ذیل میں دکھایا گیا ہے۔ NOT گیٹ کو ڈیزائن کرنے کے لیے، ہمیں pMOS اور nMOS ٹرانزسٹرز کو ایک پی ایم او ایس ٹرانزسٹر کو سورس سے اور ایک nMOS ٹرانجسٹر کو زمین سے جوڑنے کی ضرورت ہے۔ تو سرکٹ ہماری پہلی سی ایم او ایس ٹرانجسٹر کی مثال ہوگی۔

NOT گیٹ ایک قسم کا لاجک گیٹ ہے جو آؤٹ پٹ کے طور پر الٹا ان پٹ تیار کرتا ہے۔ اس گیٹ کو انورٹر بھی کہا جاتا ہے۔ اگر ان پٹ '0' ہے تو الٹی آؤٹ پٹ '1' ہوگی۔

جب ان پٹ صفر ہوتا ہے، تو یہ اوپر والے pMOS ٹرانزسٹر پر جاتا ہے اور نیچے nMOS ٹرانزسٹر پر جاتا ہے۔ ایک بار جب ان پٹ ویلیو '0' pMOS ٹرانزسٹر تک پہنچ جاتی ہے، تو اسے '1' میں الٹا دیا جاتا ہے۔ اس طرح، ذریعہ کی طرف کنکشن روک دیا جاتا ہے. لہذا یہ ایک منطق '1' قدر پیدا کرے گا اگر ڈرین (GND) کی طرف کنکشن بھی بند ہے۔ ہم جانتے ہیں کہ nMOS ٹرانزسٹر ان پٹ ویلیو کو الٹ نہیں کرے گا، اس طرح یہ صفر کی قدر لیتا ہے اور یہ ڈرین میں کھلا سرکٹ بنا دے گا۔ لہذا، گیٹ کے لیے ایک منطقی ایک قدر پیدا ہوتی ہے۔

اسی طرح اگر ان پٹ ویلیو '1' ہے تو یہ ویلیو مذکورہ سرکٹ کے دونوں ٹرانزسٹروں کو بھیجی جاتی ہے۔ ایک بار جب '1' ویلیو pMOS ٹرانزسٹر حاصل کرتی ہے، تو یہ 'o' میں الٹی ہو جائے گی۔ نتیجے کے طور پر، ذریعہ کی طرف کنکشن کھلا ہے. ایک بار جب nMOS ٹرانزسٹر کو '1 ویلیو مل جائے تو یہ الٹا نہیں ہوگا۔ لہذا، ان پٹ ویلیو ایک ہی رہتی ہے۔ ایک بار nMOS ٹرانزسٹر کے ذریعہ ایک قدر موصول ہونے کے بعد، پھر GND کی طرف کنکشن بند ہو جاتا ہے۔ تو یہ آؤٹ پٹ کے طور پر ایک منطق '0' پیدا کرے گا۔

تانے بانے کا عمل

NMOS ٹرانجسٹر بنانے کے عمل میں بہت سے اقدامات شامل ہیں۔ اسی عمل کو PMOS اور CMOS ٹرانزسٹرز کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اس تانے بانے میں سب سے زیادہ استعمال ہونے والا مواد یا تو پولی سیلیکون یا دھات ہے۔ این ایم او ایس ٹرانزسٹر کے مرحلہ وار من گھڑت عمل کے مراحل پر ذیل میں تبادلہ خیال کیا گیا ہے۔

مرحلہ نمبر 1:

ایک پتلی سیلیکون ویفر پرت کو بورون مواد کے ساتھ صرف ڈوپنگ کے ذریعے پی قسم کے مواد میں تبدیل کیا جاتا ہے۔

مرحلہ 2:

ایک موٹی Sio2 تہہ مکمل p قسم کے سبسٹریٹ پر اگائی جاتی ہے۔

مرحلہ 3:

اب سطح موٹی Sio2 پرت پر فوٹو ریزسٹ کے ذریعے لیپت ہے۔

مرحلہ 4:

اس کے بعد، اس پرت کو ایک ماسک کے ساتھ UV روشنی کا سامنا کرنا پڑتا ہے جو ان خطوں کی وضاحت کرتا ہے جن میں ٹرانسسٹر چینلز کے ساتھ مل کر پھیلنا ہوتا ہے۔

مرحلہ 5:

ان خطوں کو بنیادی Sio2 کے ساتھ باہم جوڑ دیا گیا ہے تاکہ ویفر کی سطح ماسک کے ذریعے بیان کردہ کھڑکی کے اندر کھل جائے۔

مرحلہ 6:

بقایا فوٹو ریزسٹ کو الگ کیا جاتا ہے اور پتلی Sio2 تہہ 0.1 مائکرو میٹر عام طور پر چپ کے پورے چہرے پر اگائی جاتی ہے۔ اگلا، گیٹ ڈھانچہ بنانے کے لیے پولی سیلیکون اس پر واقع ہے۔ ایک فوٹو ریزسٹ مکمل پولی سیلیکون پرت پر رکھا جاتا ہے اور پورے ماسک 2 میں الٹرا وایلیٹ روشنی کو ظاہر کرتا ہے۔

مرحلہ 7:

ویفر کو زیادہ سے زیادہ درجہ حرارت پر گرم کرنے سے، ڈفیوژن حاصل کیا جاتا ہے اور مطلوبہ این قسم کی نجاست جیسے فاسفورس کے ساتھ گیس گزر جاتی ہے۔

مرحلہ 8:

سلکان ڈائی آکسائیڈ کی ایک مائیکرو میٹر موٹائی ہر طرف اگائی جاتی ہے اور اس پر فوٹو ریزسٹ مواد رکھا جاتا ہے۔ بالائے بنفشی روشنی (UV) کو ماسک 3 کے ذریعے گیٹ کے ترجیحی علاقوں پر ظاہر کریں، رابطے میں کٹوتی کرنے کے لیے منبع اور نالی والے علاقوں کو کندہ کیا گیا ہے۔

مرحلہ 9:

اب ایلومینیم جیسی دھات اس کی ایک مائکرو میٹر چوڑائی کی سطح پر رکھی گئی ہے۔ ایک بار پھر ایک فوٹو ریزسٹ مواد پوری دھات پر اگایا جاتا ہے اور ماسک 4 کے ذریعے یووی لائٹ کو ظاہر کرتا ہے جو کہ لازمی انٹر کنکشن ڈیزائن کی ایک اینچ شدہ شکل ہے۔ حتمی NMOS ڈھانچہ ذیل میں دکھایا گیا ہے۔

PMOS بمقابلہ NMOS ٹرانجسٹر

PMOS اور NMOS ٹرانجسٹر کے درمیان فرق ذیل میں زیر بحث ہے۔

خصوصیات

دی NMOS ٹرانجسٹر کی I-V خصوصیات ذیل میں دکھایا گیا ہے. گیٹ اور سورس ٹرمینلز کے درمیان وولٹیج V _{جی ایس} ' اور ذریعہ اور نالی کے درمیان بھی 'V _{ڈی ایس} ' تو، I کے درمیان منحنی خطوط _{ڈی ایس} اور وی _{ڈی ایس} صرف سورس کے ٹرمینل کو گراؤنڈ کرکے، ابتدائی VGS ویلیو سیٹ کرکے اور V کو صاف کرکے حاصل کیا جاتا ہے۔ _{ڈی ایس} '0' سے V کی طرف سے دی گئی سب سے زیادہ DC وولٹیج کی قدر تک _{ڈی ڈی} V پر قدم رکھتے وقت _{جی ایس} قدر '0' سے V تک _{ڈی ڈی} . تو انتہائی کم V کے لیے _{جی ایس} ، آئی _{ڈی ایس} انتہائی چھوٹے ہیں اور ایک لکیری رجحان ہوگا۔ جب V _{جی ایس} قدر زیادہ ہو جاتی ہے، پھر میں _{ڈی ایس} V پر درج ذیل انحصار کو بڑھاتا ہے اور ہوگا۔ _{جی ایس} اور میں _{ڈی ایس} ;

اگر V _{جی ایس} V سے کم یا اس کے برابر ہے۔ _ویں ، پھر ٹرانزسٹر آف حالت میں ہے اور کھلے سرکٹ کی طرح کام کرتا ہے۔

اگر V _{جی ایس} V سے بڑا ہے۔ _ویں ، پھر دو آپریٹنگ موڈ ہیں۔

اگر V _{ڈی ایس} V سے کم ہے۔ _{جی ایس} - اندر _ویں ، پھر ٹرانجسٹر لکیری موڈ میں کام کرتا ہے، اور مزاحمت کے طور پر کام کرتا ہے (R _آن )۔

IDS = u _eff سی _بیل W/L [(V _{جی ایس} - اندر _ویں ) میں _{ڈی ایس} - ½ وی _{ڈی ایس} ^2]

کہاں،

'µeff' چارج کیریئر کی موثر نقل و حرکت ہے۔

'COX' ہر یونٹ کے علاقے کے لیے گیٹ آکسائیڈ کی گنجائش ہے۔

W & L اسی طرح چینل کی چوڑائی اور لمبائی ہیں۔ آر _آن قدر کو آسانی سے گیٹ کے وولٹیج سے کنٹرول کیا جاتا ہے۔

آر _{آن =} 1/انچ _n سی _بیل W/L [(V _{جی ایس} - اندر _ویں ) میں _{ڈی ایس} - ½ وی _{ڈی ایس} ^2]

اگر VDS V سے بڑا یا اس کے برابر ہے۔ _{جی ایس} - اندر _ویں ، پھر ٹرانجسٹر سنترپتی موڈ میں کام کرتا ہے۔

میں _{ڈی ایس} = یو _n سی _بیل W/L [(V _{جی ایس} - اندر _ویں )^2 (1+λ V _{ڈی ایس} ]

اس خطے میں جب میں _{ڈی ایس} زیادہ ہے، پھر کرنٹ کم سے کم V پر منحصر ہے۔ _{ڈی ایس} قدر، تاہم، اس کی سب سے زیادہ قدر کو صرف VGS کے ذریعے کنٹرول کیا جاتا ہے۔ چینل کی لمبائی کی ماڈیولیشن 'λ' آئی ڈی ایس کے اندر ٹرانزسٹرز میں VDS کے اندر اضافے کے لیے، چوٹکی بند ہونے کی وجہ سے ہے۔ یہ پنچ آف ایک بار دونوں V _{ڈی ایس} اور وی _{جی ایس} ڈرین کے علاقے کے قریب الیکٹرک فیلڈ پیٹرن پر فیصلہ کریں، اس طرح قدرتی سپلائی چارج کیریئرز کی سمت بدل جاتی ہے۔ یہ اثر موثر چینل کی لمبائی کو کم کرتا ہے اور I میں اضافہ کرتا ہے۔ _{ڈی ایس} . مثالی طور پر، 'λ' '0' کے برابر ہے تاکہ I _{ڈی ایس} V سے مکمل طور پر آزاد ہے۔ _{ڈی ایس} سنترپتی خطے کے اندر قدر۔

اس طرح، یہ سب کے بارے میں ہے NMOS کا ایک جائزہ ٹرانجسٹر - کام کرنے کے ساتھ من گھڑت اور سرکٹ۔ NMOS ٹرانزسٹر لاجک گیٹس کے ساتھ ساتھ دیگر مختلف ڈیجیٹل سرکٹس کو نافذ کرنے میں کلیدی کردار ادا کرتا ہے۔ یہ ایک مائیکرو الیکٹرانک سرکٹ ہے جو بنیادی طور پر لاجک سرکٹس، میموری چپس اور CMOS ڈیزائن میں استعمال ہوتا ہے۔ NMOS ٹرانجسٹرز کی سب سے مشہور ایپلی کیشنز سوئچ اور وولٹیج ایمپلیفائر ہیں۔ یہاں آپ کے لیے ایک سوال ہے، PMOS ٹرانزسٹر کیا ہے؟