NMOS logika (anglicky N-type metal-oxide-semiconductor) je technologie výroby logických integrovaných obvodů, které pro realizaci logických členů používají unipolární tranzistory s indukovaným kanálem (v obohaceném režimu) typu N.
Okolo roku 1975 získala NMOS logika dominantní postavení při výrobě složitých digitálních logických obvodů, především mikroprocesorů, které si (ve vylepšené verzi HMOS) udržela až do konce 80. let 20. století, kdy byla nahrazena logikou CMOS, která je sice výrobně složitější, ale umožňuje vytváření obvodů s vyšší integrací, nižší spotřebou a díky pokroku výroby a zmenšování rozměrů i větší rychlostí. V současnosti se již obvody NMOS téměř nepoužívají (s výjimkou specializovaných aplikací).
 |
 |
 |
 |
První písmeno „N“ zkratky NMOS vyjadřuje, že všechny unipolární tranzistory, z nichž se skládají logické obvody NMOS, jsou s kanálem typu N. Písmeno „M“ vyjadřuje, že řídicí elektroda G byla původně kovová (anglicky metal, později však převládlo používání polykrystalického křemíku), „O“ znamená, že je tato elektroda oddělenou od polovodivého substrátu tenkou vrstvou oxidu křemičitého (SiO2).
První z obrázků vpravo znázorňuje princip zapojení hradla NAND v technologii NMOS tvořeného dvěma MOSFET s indukovaným n-kanálem a zatěžovacím odporem: pokud je na oba vstupy A a B přivedeno kladné napětí, tranzistory T1 a T2 se otevřou a výstup Y stáhnou k zemi (nulovému napětí); ve všech ostatních případech bude alespoň jeden z tranzistorů zavřený a na výstupu Y bude díky rezistoru R kladné napětí. Chování obvodu lze shrnout následující tabulkou:
| A | B | Y |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Hradlo NOR lze realizovat podobně, výstupní elektrody D a S obou tranzistorů však nejsou zapojeny sériově, ale paralelně.
Realizace zatěžovacího odporu na čipu však zabírá extrémně velkou plochu (srovnatelnou s plochou desítek tranzistorů). V praktickém provedení NMOS obvodů byl proto místo zatěžovacího odporu použit další tranzistor FET s indukovaným n-kanálem, tj. stejného druhu jako jsou spínací tranzistory. Pro výrobu hradla NAND pak dostačují čtyři masky. Zatěžovací tranzistor působí v NMOS přibližně jako zdroj konstantního proudu, takže statická spotřeba je nižší než při použití zatěžovacího rezistoru s konstantní odporem. Při použití zatěžovacího tranzistoru v saturovaném režimu (druhý obrázek) má hradlo vyšší odběr a delší dobu přechodu do stavu logické nuly.
Třetí obrázek ukazuje zapojení hradla NAND se zatěžovacím tranzistorem T1 s indukovaným n-kanálem v obohaceném nesaturovaném režimu. Při zachování počtu výrobních kroků má toto řešení nejlepší vlastnosti, nevýhodou je nutnost dvou (případně tří) napájecích napětí.
Se zdokonalováním výrobních technologií bylo možné použít zatěžovací tranzistory s vodivým (vestavěným) kanálem, jak je znázorněno na čtvrtém obrázku. Výsledné obvody bývají označovány zkratkou HMOS (anglicky High density, short channel MOS). Jejich výhodou je potřeba pouze jednoho napájecího napětí a nižší ztráty, nevýhodou je o něco složitější výroba, protože pro vytvoření tranzistorů se zabudovaným kanálem (s vysokou impedancí) je zapotřebí alespoň pěti masek, tj. nejméně o jeden výrobní krok více, a poněkud větší plocha než pro spínací tranzistor.
PMOS
Logika PMOS, která využívá pouze tranzistory MOSFET s P-kanálem, byla díky jednodušší výrobě předchůdcem NMOS. Úlohu nosičů náboje plní u MOSFET s P-kanálem díry (chybějící elektrony), které mají nižší pohyblivost než elektrony, proto je logika PMOS pomalejší než NMOS.
HMOS
Při použití unipolárních tranzistorů s vodivým (vestavěným) kanálem v režimu ochuzení lze vytvářet obvody, kterým stačí jediné napájecí napětí, dosahují vyšší rychlosti, menších rozměrů struktur a vyšší hustotu integrace, na úkor složitější výroby. Obvody nazývané různými výrobci HMOS, X-MOS, S-MOS, apod. navázaly na obvody NMOS.
CMOS
Pokrok v technologii výroby unipolárních číslicových integrovaných obvodů umožnil vytvářet obvody CMOS kombinující tranzistory s p-kanálem a n-kanálem, které mají mnohem menší statickou spotřebu než obvody NMOS. Původní CMOS obvody byly velmi pomalé, zmenšování struktur však přineslo jejich významné zrychlení.
Reference
V tomto článku byl použit překlad textu z článku NMOS-Logik na německé Wikipedii.
Literatura
- Jerry C. Whitaker. Microelectronics. 2. vyd. [s.l.]: CRC Press, 2005. ISBN 0849333911.
- M. Glesner et. al. Vorlesungsskriptum - VLSI Design of Integrated Circuits. [s.l.]: Darmstadt University of Technology
- Christian Clemen. NMOS-Inverter. [s.l.]: Fachhochschule Augsburg, 2000. Dostupné online.
Související články
Externí odkazy
Obrázky, zvuky či videa k tématu NMOS na Wikimedia Commons
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
