NMOS

Az NMOS (n-típusú fém–oxid–félvezető) egy integrált kapcsolóknál logikai kapcsolók létrehozására használt félvezető-technika. Csak n-csatornás fém–oxid–félvezető mezőhatás-tranzisztorokat (n-csatornás MOSFET) használ.

Az NMOS-t az 1970-es és 1980-as években használták digitális logikai kapcsolókhoz, például mikroprocesszorokhoz. Manapság kis léptékben alkalmazzák, mivel szinte teljesen felváltotta a CMOS logika kisebb teljesítményvesztesége miatt.

Felépítés

NAND-kapu kapcsolási rajza terhelő ellenállással	NAND-kapu T1 terhelő tranzisztorral
NAND-kapu önzáró T1 tranzisztorral	NAND-kapu önzáró T1 tranzisztorral, ahol ${\displaystyle U_{GG}=U_{th}+U_{DD}}$

Az NMOS-logika egy egyszerű NAND-kapuval érthető meg könnyen. Egy NAND-kapu bemenetei A és B, kimenete Y. A terhelő R ellenállás hátránya, hogy integrált áramkörökön sok helyet foglal. Az NMOS első változatában minden ellenállást önzáró n-csatornás FET helyettesített, így csak önzáró n-csatornás MOSFET kellett. Ennek előnye volt, hogy kevesebb lépés kellett az IC előállításához, azonban hátrányt jelentett a két szükséges ellenállás.

Ezt javították azzal, ha a fenti terhelő tranzisztort a mellette lévő ábrán lévő önvezető n-csatornás MOSFET-tel helyettesítették. Ez is bemutatja az NMOS-logikai kapcsolók kapcsolási elvét. Így csupán egy ellátási feszültség kellett, és kisebb volt a veszteség, azonban a bonyolult előállítás hátrány volt, mivel a vezető T1 tranzisztor legalább egy lépéssel többet és több helyet igényelt a kapcsolótranzisztornál.

A terhelő tranzisztor az NMOS-nál nagyjából egyenáramú forrásként működik, így a veszteség kisebb, mint konstans értékű R terhelő ellenállásnál. Ha az önvezető T1 tranzisztor forrás/cél diffúziója alacsony ellenállású, elég a NAND-kapuhoz 4 maszk, magas ellenállás mellett legalább 5 kell.

A korábbi, könnyebben előállítható és csak p-csatornás MOSFET-eket PMOS-logikával szemben az n-csatornás MOSFET-ek előnye, hogy csak negatív töltések, elektronok haladnak a mezőhatás-tranzisztorban. Ezek könnyebben mozognak, mint a p-csatornás MOSFET-ekben a pozitív töltésű elektronlyukak. Ennek előnye a PMOS-kapukkal elérhetőnél magasabb elérhető kapcsolási frekvencia.

A gyártási folyamatok fejlődése miatt ez az előny másodlagossá vált, és a CMOS-nál az önzáró p- és n-csatornás MOSFET-ek együtt jelentősen kisebb veszteséggel voltak használhatók az NMOS-nál. Az NMOS hátrányai a CMOS-hoz képest:

• Nagyobb felület szükséges, nagyobb áramhasználatot jelentve.
• Egy NMOS-kapu kimeneti vesztesége statikus logikai 0 állapotban nagyobb.

Az NMOS kisebb szerkezeti nagyságú és sűrűbb kiterjesztése a HMOS.

Brazil és kolumbiai kutatók sikeresen módosították NMOS-tranzisztorok feszültséghatárát az oxidáció előtt a szilíciumba helyezett arzénnel.^[1]

Jegyzetek

1. J. Pereira de Souza, E. Charry (1981. október). „Threshold shifting of NMOS transistors by arsenic ion implantation prior to gate oxidation”. IEEE Transactions on Electron Devices 28 (10), 1176–1178. o, Kiadó: IEEE. DOI:10.1109/T-ED.1981.20506.

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a NMOS-Logik című német Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Források

• Jerry C. Whitaker. Microelectronics, 2, CRC Press (2005)
• M. Glesner et al.. Vorlesungsskriptum - VLSI Design of Integrated Circuits [archivált változat]. Darmstadt University of Technology. Hozzáférés ideje: 2023. július 31. [archiválás ideje: 2023. július 31.]
• Christian Clemen. NMOS-Inverter. Fachhochschule Augsburg (2000)