Was ist ein NMOS-Transistor?
Ein NMOS-Transistor ist eine Art Feldeffekttransistor (FET), der mit negativer Polarität arbeitet.
NMOS-Struktur
Er besteht aus drei Bereichen: der Source, dem Drain und dem Gate. Die Source ist der Ort, an dem der Strom eintritt, der Drain ist der Ort, an dem er austritt, und das Gate steuert den Stromfluss. Wenn eine Spannung an das Gate angelegt wird, entsteht ein elektrisches Feld, das das Verhalten der Elektronen im Kanal zwischen Source und Drain beeinflusst. Dies kann den Stromfluss durch den Transistor entweder verstärken oder verringern.
Wie funktioniert NMOS?
NMOS funktioniert durch die Steuerung des Stromflusses durch einen leitfähigen Kanal zwischen den Source- und Drain-Anschlüssen, indem ein elektrisches Feld an eine Gate-Elektrode angelegt wird, die durch eine dünne Isolierschicht vom Kanal getrennt ist.
Wenn die Gate-Source-Spannung (vGS) null ist, und selbst wenn die Drain-Source-Spannung (vDS) angelegt wird, sind die PN-Übergänge zwischen Source und Drain eines NMOS-Transistors in Sperrrichtung vorgespannt, und die Verarmungszone zwischen ihnen wird zu breit, um den Stromfluss zu unterstützen. Daher ist der Strom zwischen Drain und Source (iD) vernachlässigbar.
Wenn vGS jedoch positiv ist, wird in der SiO2-Isolierschicht zwischen Gate und Substrat ein elektrisches Feld erzeugt. Dieses Feld zieht Elektronen an und stößt Löcher aus dem Substrat in der Nähe des Gates ab, wodurch ein Verarmungsbereich entsteht. Wenn die Größe von vGS zunimmt, werden mehr Elektronen an die Oberfläche des Substrats angezogen und bilden einen N-Typ-Kanal, der die Source- und Drain-Anschlüsse verbindet. Der Kanal kann dann den Stromfluss zwischen den Source- und Drain-Anschlüssen unterstützen.
Die Spannung, bei der sich der Kanal gerade zu bilden beginnt, wird als Schwellenspannung (VT) bezeichnet. Ein NMOS-Transistor gilt als Transistor im Anreicherungsmodus, da vGS größer als VT sein muss, um einen leitenden Kanal zu erzeugen.
Die Drain-Source-Spannung (vDS) beeinflusst den durch den Kanal fließenden Strom. Mit steigender vDS nimmt die Dicke des Kanals in der Nähe des Drains ab und der Strom nimmt zu. Wenn vDS jedoch einen Wert erreicht, der vGS minus VT entspricht, verengt sich der Kanal so weit, dass der Strom nicht mehr zunimmt und der Transistor in den Sättigungsmodus übergeht.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein NMOS-Transistor funktioniert, indem er einen leitenden Kanal zwischen den Source- und Drain-Anschlüssen erzeugt, wenn eine positive Spannung an das Gate angelegt wird, wodurch Strom zwischen den Source- und Drain-Anschlüssen fließen kann. Der Strom wird durch die an die Gate- und Drain-Anschlüsse angelegte Spannung gesteuert.
NMOS vs. PMOS
NMOS und PMOS sind beide Metalloxid-Halbleiter, es gibt jedoch einige Unterschiede zwischen ihnen:
| NMOS | PMOS | |
|---|---|---|
| Polarity | Negative | Positive |
| Channel type | n-type | p-type |
| Carrier type | Electrons | Majority holes |
| Threshold voltage | Positive | Negative |
| Switching speed | Fast | Slow |
| Cost | Cheap | Expensive |
| Power consumption | High | Low |
| Applications | Logic gates, memory cells, amplifiers | Level shifters, power management circuits, analog circuits |
Anwendung von NMOS
NMOS-Transistoren werden häufig in digitalen Schaltungen als Schalter oder Verstärker verwendet. Sie sind auch in Mikroprozessoren, Speicherchips und anderen elektronischen Geräten zu finden.
