अर्धचालक और सीएमओएस प्रक्रियाएं

अर्धचालक और सीएमओएसPरोकेस

प्राकृतिक रेत सिलिका (Sio₂) में समृद्ध है, जिसमें से उच्च - शुद्धता मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन को एकीकृत सर्किट बनाने के लिए निकाला जा सकता है। मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन में अत्यधिक उच्च शुद्धता आवश्यकताएं होती हैं, जिन्हें 99.999999999% (यानी, 9 9 s) से अधिक तक पहुंचने की आवश्यकता होती है, और सिलिकॉन परमाणुओं को क्रिस्टल न्यूक्लियस बनाने के लिए हीरे की संरचना के अनुसार व्यवस्थित करने की आवश्यकता होती है। जब क्रिस्टल नाभिक का क्रिस्टल विमान अभिविन्यास समान होता है, तो मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन का गठन किया जा सकता है; यदि क्रिस्टल विमान का अभिविन्यास अलग है, तो पॉलीसिलिकॉन का गठन किया जाएगा।

मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन और पॉलीसिलिकॉन दोनों का उपयोग एकीकृत सर्किट के निर्माण में किया जा सकता है, जिनमें से मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन का उपयोग मुख्य रूप से सिलिकॉन सब्सट्रेट बनाने के लिए किया जाता है, और पॉलीसिलिकॉन का उपयोग गेट्स, पॉलीसिलिकॉन रेसिस्टर्स या मॉस ट्यूब के कैपेसिटर जैसे घटकों को बनाने के लिए किया जा सकता है।

जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, रेत से चिप तक की उत्पादन प्रक्रिया इस प्रकार है: सबसे पहले, क्वार्ट्ज रेत का उपयोग कच्चे माल के रूप में किया जाता है ताकि एकल क्रिस्टल सिलिकॉन तैयार करने के लिए - क्वार्ट्ज रेत की सिलिका सामग्री साधारण रेत की तुलना में अधिक हो, और उपचार के बाद मेटालर्जिकल ग्रेड सिलिकॉन प्राप्त किया जा सकता है; फिर पॉलीसिलिकॉन का उत्पादन करने के लिए मेटालर्जिकल ग्रेड सिलिकॉन को शुद्ध करना, शोधन और जमा करना; ड्राइंग प्रक्रिया के माध्यम से, पॉलीसिलिकॉन को मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन इंगट्स में परिवर्तित किया जा सकता है। वेफर्स प्राप्त करने के लिए सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन इंगॉट्स को पतली चादरों में काटें। प्रत्येक वेफर पर बड़ी संख्या में एकीकृत सर्किट मर जाता है, जो एकीकृत सर्किट चिप (चिप) उत्पाद बनाने के लिए कटा हुआ, परीक्षण और पैक किया जाता है।

आंतरिक अर्धचालक

आंतरिक अर्धचालक शुद्ध क्रिस्टल को संदर्भित करते हैं जो अशुद्धता परमाणुओं से मुक्त होते हैं और संरचनात्मक दोषों से मुक्त होते हैं। जर्मेनियम (जीई) और सिलिकॉन (एसआई) दोनों चतुर्भुज तत्व हैं और आमतौर पर सेमीकंडक्टर सामग्री का उपयोग किया जाता है। आंतरिक अर्धचालक में, हालांकि परमाणुओं की सबसे बाहरी परत पर चार वैलेंस इलेक्ट्रॉनों को आसपास के परमाणुओं के सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉनों के साथ सहसंयोजक बॉन्ड बना सकते हैं, गर्मी या हल्की ऊर्जा के उत्तेजना के तहत, कुछ सहसंयोजक बॉन्ड में इलेक्ट्रॉनों को सहसंयोजक बॉन्ड से मुक्त हो सकते हैं, और फिर चालक बैंड इलेक्ट्रॉन और वैलेंस बैंड होल, जो कि सामूहिक रूप से बंद हो सकते हैं। क्योंकि आंतरिक सेमीकंडक्टर्स में दो वाहक हमेशा जोड़े में दिखाई देते हैं और थर्मल संतुलन की स्थिति में होते हैं, एक लागू विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, ये वाहक एक विद्युत प्रवाह बनाने के लिए प्रत्यक्ष रूप से आगे बढ़ सकते हैं, ताकि सामग्री में एक निश्चित चालकता हो, इसलिए इस प्रकार के अर्धचालक को इंट्रिंसिक अर्धचालक कहा जाता है।

यदि एक निश्चित मात्रा में विशिष्ट अशुद्धता परमाणुओं को आंतरिक अर्धचालक में जोड़ा जाता है, तो इसे एक गैर - आंतरिक अर्धचालक में बदल दिया जाएगा। उनमें से, नॉन - पेंटावलेंट तत्वों के साथ शामिल आंतरिक अर्धचालक को n - टाइप अर्धविराम कहा जाता है, और ऐसे पेंटावलेंट तत्वों को दाता अशुद्धियां कहा जाता है; नॉन - ट्राइवेंट तत्वों के साथ शामिल आंतरिक अर्धचालक को पी - टाइप अर्ध -कुंडली कहा जाता है, और इन trivelent तत्वों को समान रूप से मेजबान अशुद्धियों कहा जाता है। आंतरिक सेमीकंडक्टर्स के थर्मल संतुलन राज्य के विपरीत, गैर - में दो वाहक आंतरिक अर्धचालक हमेशा एक असमान राज्य में होते हैं: प्रमुख वाहक को बहुसंख्यक वाहक कहा जाता है (कई के रूप में संदर्भित), और माध्यमिक वाहक को अल्पसंख्यक वाहक कहा जाता है (कुछ के रूप में संदर्भित)। चूंकि n - टाइप सेमीकंडक्टर्स को 5 - वैलेंट तत्वों के साथ डोप किया जाता है, उनके मोमोट्रॉन मुफ्त इलेक्ट्रॉन हैं; पी-प्रकार के अर्धचालक को ट्रिटेंट तत्वों के साथ डोप किया जाता है, और उनके अणु छेद होते हैं।

आंतरिक अर्धचालक के अंदर, थर्मल संतुलन में दो वाहक (प्रवाहकीय बैंड इलेक्ट्रॉनों और वैलेंस बैंड छेद) की सांद्रता समान हैं, और इस एकाग्रता को आंतरिक वाहक एकाग्रता कहा जाता है। यह एकाग्रता स्थिर नहीं है, लेकिन अर्धचालक की विशिष्ट सामग्री और उस तापमान पर निर्भर करता है जिस पर यह - उच्च तापमान पर स्थित है, आंतरिक वाहक की एकाग्रता उतनी ही अधिक होती है।

गैर - आंतरिक अर्धचालक में, अधिकांश वाहक (पॉलीपियन) की एकाग्रता लगभग अशुद्धियों की डोपिंग एकाग्रता के बराबर है, आमतौर पर आंतरिक वाहक एकाग्रता की तुलना में अधिक परिमाण के कई आदेश। कम संख्या में वाहक (कुछ) की एकाग्रता आम तौर पर आंतरिक वाहक की तुलना में कम होती है, और दोनों के बीच परिमाण के अंतर के कई आदेश भी हैं। इसलिए, मल्टी - कण एकाग्रता के साथ तुलना में, ओलिगोप्टोनिक एकाग्रता बेहद कम है, जो अधिकांश कम्प्यूटेशनल और विश्लेषण परिदृश्यों में नगण्य है।

वाहक विद्युत क्षेत्र बलों द्वारा संचालित एक दिशात्मक बहाव गति का उत्पादन करता है। एक कमजोर विद्युत क्षेत्र के वातावरण में, वाहक और विद्युत क्षेत्र की ताकत ई के औसत बहाव वेग v के बीच एक सीधा आनुपातिक संबंध संतुष्ट है, जिसे के रूप में व्यक्त किया गया है

(जहां आनुपातिक गुणांक μ को वाहक की गतिशीलता कहा जाता है, जिसे प्रति वोल्ट सेकंड में सेंटीमीटर, यानी, सेमी/(v · s)) में मापा जाता है।

वाहक की यह बहाव गति एक बहाव करंट बना सकती है, और बहाव करंट की भयावहता को वाहक गतिशीलता के साथ सकारात्मक रूप से सहसंबद्ध किया जाता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यद्यपि छेद और मुक्त इलेक्ट्रॉनों की वास्तविक बहाव दिशा विद्युत क्षेत्र बल की कार्रवाई के तहत विपरीत है, उनमें से प्रत्येक द्वारा गठित बहाव वर्तमान दिशा बिल्कुल समान है, इसलिए सेमीकंडक्टर के अंदर कुल बहाव वर्तमान होल ड्रिफ्ट करंट और फ्री इलेक्ट्रॉन ड्रिफ्ट करंट के सुपरपोजिशन के बराबर है।

जब लागू विद्युत क्षेत्र की ताकत समान होती है, तो अर्धचालक के बहाव वर्तमान घनत्व जितना बड़ा होता है, इसकी चालकता उतनी ही मजबूत होती है। आगे के विश्लेषण से पता चलता है कि बहाव वर्तमान घनत्व न केवल वाहक की गतिशीलता के लिए सीधे आनुपातिक है, बल्कि वाहक की एकाग्रता के लिए भी है। यद्यपि आंतरिक सेमीकंडक्टर्स की वाहक एकाग्रता शून्य नहीं होती है और विद्युत क्षेत्रों की कार्रवाई के तहत कमजोर बहाव धाराओं का उत्पादन कर सकती है, मल्टी - नॉन - के उप सांद्रता, आंतरिक सेमीकंडक्टर्स आमतौर पर संक्रामक वाहक सांद्रता की तुलना में अधिक परिमाण के कई आदेश हैं, जो कि नॉन -सोर्सर से अधिक है। आंतरिक अर्धचालकों की। इसलिए, बहाव वर्तमान की गणना करते समय आंतरिक अर्धचालक का बहाव वर्तमान घनत्व आमतौर पर नगण्य होता है।

P-टाइप और n - अर्ध -संचालन टाइप करें

Q - आंतरिक अर्धचालक के बेहद छोटे बहाव वर्तमान घनत्व के कारण, आंतरिक अर्धचालक को आमतौर पर गैर -- आंतरिक अर्धचालक की तुलना में इंसुलेटर माना जा सकता है। इस वजह से, एकीकृत सर्किट के वास्तविक निर्माण में उपयोग की जाने वाली अर्धचालक सामग्री गैर - आंतरिक अर्धचालक हैं। गैर -- आंतरिक अर्धचालक की चालकता मल्टीप्लॉन की गतिशीलता μ से निकटता से संबंधित है: अधिक से अधिक गतिशीलता, अर्धचालक की चालकता उतनी ही मजबूत होती है, और सेमीकंडक्टर पर काम करने वाला डिवाइस जितनी तेजी से काम करता है।

जर्मेनियम (जीई) और सिलिकॉन (एसआई) के लिए वाहक गतिशीलता डेटा को तालिका 2 में दिखाया गया है (जहां मुक्त इलेक्ट्रॉन गतिशीलता को μN के रूप में लिखा गया है और छेद गतिशीलता को μP के रूप में लिखा गया है)। GE और SI दोनों की मुक्त इलेक्ट्रॉन गतिशीलता μN होल मोबिलिटी μP की तुलना में बहुत अधिक है, इसलिए n - टाइप अर्धचालक डिवाइस P - सेमीकंडक्टोर डिवाइस जैसे प्रमुख प्रदर्शन संकेतकों जैसे कि लाभ, आवृत्ति विशेषताओं और ड्राइविंग क्षमता की तुलना में काफी बेहतर प्रदर्शन करते हैं।

जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है, जब n - टाइप सेमीकंडक्टर और P - टाइप अर्ध -समरूपता निकट संपर्क में हैं, तो दोनों के बीच इंटरफ़ेस में एक PN जंक्शन बन जाएगा। जंक्शन क्षेत्र में, एन क्षेत्र में मुक्त इलेक्ट्रॉन पी क्षेत्र में फैलते हैं, जबकि पी क्षेत्र में छेद एन क्षेत्र में फैलते हैं। इस प्रसार गति के बाद, एन क्षेत्र से पी क्षेत्र तक इंटरफ़ेस में एक आंतरिक विद्युत क्षेत्र बनता है। जैसे -जैसे आंतरिक विद्युत क्षेत्र की ताकत धीरे -धीरे बढ़ती जाती है, अंतिम प्रसार बल और आंतरिक विद्युत क्षेत्र बल एक संतुलन राज्य तक पहुंच जाता है, और प्रसार गति रुक ​​जाती है। इस समय, मुक्त इलेक्ट्रॉनों और छेदों के बिना एक क्षेत्र चौराहे के इंटरफ़ेस में बन जाएगा, जिसे स्पेस चार्ज क्षेत्र कहा जाता है और इसे अक्सर घटाव क्षेत्र कहा जाता है। यदि इलेक्ट्रोड को पीएन जंक्शन के दोनों सिरों पर निकाला जाता है, तो एक डायोड का गठन किया जा सकता है - पी क्षेत्र से इलेक्ट्रोड एनोड है, और एन क्षेत्र से इलेक्ट्रोड कैथोड है।

डायोड के दोनों सिरों पर वोल्टेज को लागू करने से प्रसार बल और विद्युत क्षेत्र बल के बीच मूल संतुलन को तोड़ सकता है। यदि लागू वोल्टेज एनोड क्षमता की तुलना में कैथोड क्षमता से अधिक है, तो लागू वोल्टेज आंतरिक विद्युत क्षेत्र बल को बढ़ाएगा, जिससे वाहक अभी भी प्रसार गति को पूरा करने में असमर्थ है - क्योंकि कोई प्रसार वर्तमान नहीं है, डायोड एक कट - से दूर है। इसके विपरीत, लागू वोल्टेज आंतरिक विद्युत क्षेत्र बल को कमजोर कर देगा, वाहक फिर से फैलाना शुरू कर देगा, और डिड्यूशन करंट डायोड के अंदर उत्पन्न होगा, जिस बिंदु पर डायोड चालन राज्य में प्रवेश करेगा। लागू वोल्टेज के साथ चालू या बंद करने की यह क्षमता डायोड को यूनिडायरेक्शनल कंडक्टिव बनाती है, जो बदले में सर्किट में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। सीएमओएस प्रक्रिया में, कई प्रकार के पीएन जंक्शन बनते हैं, जिनका उपयोग न केवल एकीकृत सर्किट में डायोड का निर्माण करने के लिए किया जा सकता है, बल्कि रिवर्स बायस स्टेट में उपकरणों के बीच विद्युत अलगाव को प्राप्त करने के लिए भी किया जा सकता है।

अर्धचालक में 5 - वैलेंट या 3-वैलेंट तत्वों को पेश करने की प्रक्रिया को डोपिंग कहा जाता है, और डोपिंग प्रक्रिया का उपयोग आमतौर पर आयन आरोपण द्वारा किया जाता है। जब आयन आरोपण एकाग्रता कम होता है, तो इसे हल्के से डोप किया जाता है (n⁻, n⁻ या p⁻, p⁻ के रूप में व्यक्त किया जाता है); जब आयन आरोपण एकाग्रता अधिक होता है, तो यह वह डोप किया जाता है (n⁺, n⁺ या p⁺, p⁺ के रूप में व्यक्त किया जाता है)। जाहिर है, भारी डोपेड अर्धचालकों की चालकता हल्के से डोप किए गए अर्धचालक की तुलना में बेहतर है।

जब स्थानीय भारी डोपिंग को हल्के डोपिंग क्षेत्र के एक बड़े क्षेत्र में किया जाता है, तो प्रकाश डोपेड क्षेत्र को आमतौर पर सब्सट्रेट कहा जाता है, और भारी डोपिंग क्षेत्र को प्रसार क्षेत्र (प्रसार) या सक्रिय (सक्रिय) कहा जाता है। प्रसार क्षेत्र और सब्सट्रेट में अर्धचालक का प्रकार समान हो सकता है (दोनों n - प्रकार या p - प्रकार) या अलग (हेटेरोमोर्फिज्म)। सीएमओएस प्रक्रिया में, दो स्थितियां हैं: होमोटाइप डोपिंग का उपयोग मुख्य रूप से इलेक्ट्रोड को शिक्षित करने और ओमिक संपर्क के माध्यम से कनेक्शन को महसूस करने के लिए किया जाता है, और विशेष - प्रकार डोपिंग का उपयोग मुख्य रूप से एमओएस डिवाइस और सब्सट्रेट के बीच एक अलगाव संरचना के निर्माण के लिए किया जाता है।

अर्धचालक उपकरणों को धातु के माध्यम से इलेक्ट्रोड से बाहर ले जाने की आवश्यकता है। जब एक अर्धचालक एक धातु के संपर्क में आता है, तो रेडोपिंग इलेक्ट्रॉनों को संपर्क अवरोध के माध्यम से सुरंग की अनुमति देता है, जिसके परिणामस्वरूप कम - प्रतिरोध ओमिक संपर्क होता है जिसका उपयोग इलेक्ट्रोड को एलिसिट करने के लिए किया जा सकता है। हालांकि, प्रकाश डोपिंग के मामले में, अर्धचालक और धातु के बीच संपर्क प्रतिरोध बहुत बड़ा है, और इलेक्ट्रोड कनेक्शन प्रभाव अच्छा नहीं है, इसलिए इसका उपयोग इलेक्ट्रोड का नेतृत्व करने के लिए नहीं किया जा सकता है। इसलिए, कम - डोपिंग सब्सट्रेट से इलेक्ट्रोड को निकालने के लिए, सब्सट्रेट को स्थानीय रूप से फिर से - को आइसोमोर्फिज्म के साथ डोप किया जाना चाहिए, और फिर धातु इलेक्ट्रोड पेश किया जाता है।

जैसा कि अंजीर . 3 में दिखाया गया है, n - की प्रोफ़ाइल संरचना अच्छी तरह से और धातु ओमिक संपर्क से जुड़ा हुआ है। N - जाल हल्के ढंग से डोप किए जाते हैं n - अर्धविराम टाइप करें जो अक्सर सब्सट्रेट के रूप में उपयोग किए जाते हैं और इसे बिजली की आपूर्ति VDD से कनेक्ट करने की आवश्यकता होती है। प्रभावी कनेक्शन प्राप्त करने के लिए, n - में isomorphic redoping की आवश्यकता होती है, अच्छी तरह से एक n⁺ प्रसार क्षेत्र बनाने के लिए, जिससे ओम के निर्माण के लिए धातु से संपर्क किया जा सकता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि चित्रा 3 में सिलिका (SIO₂) का उपयोग धातु और अर्धचालक के बीच इन्सुलेशन अलगाव को प्राप्त करने के लिए किया जाता है, और धातु और N⁺ प्रसार क्षेत्र के बीच ओमिक संपर्क बनाने के लिए, छेद को Sio₂ परत में खोलने की आवश्यकता होती है, जिन्हें संपर्क छेद कहा जाता है।

चूंकि विशेष - के आकार के आयन का इंजेक्शन प्रसार क्षेत्र और सब्सट्रेट के बीच Pn जंक्शन डायोड बना सकता है, एक ही सब्सट्रेट पर कई प्रसार क्षेत्रों को डायोड द्वारा एक दूसरे से अलग किया जा सकता है जब तक कि पूर्वाग्रह वोल्टेज को यथोचित रूप से नियंत्रित किया जाता है ताकि डायोड हमेशा रिवर्स बायस स्टेट में हो। जैसा कि अंजीर . 4 में दिखाया गया है, दो P⁺ डिफ्यूजन क्षेत्रों की डायोड अलगाव प्रोफ़ाइल संरचना को अंजीर . 4 में दिखाया गया है: N - में दो P⁺ प्रसार क्षेत्र अच्छी तरह से N - के साथ दो स्वतंत्र डायोड हैं, और n { सुनिश्चित करें कि दो डायोड हमेशा रिवर्स बायस स्टेट में होते हैं, और फिर दो पी propeation डिफ्यूजन क्षेत्रों के बीच डायोड अलगाव का एहसास करते हैं।

इसी तरह, यदि P - टाइप सब्सट्रेट सबसे कम संभावित GND से जुड़ा हुआ है, तो कई N⁺ प्रसार क्षेत्रों के बीच डायोड अलगाव प्राप्त किया जा सकता है। अंजीर . 5 n - अच्छी तरह से प्रक्रिया के डायोड अलगाव प्रोफ़ाइल संरचना को दर्शाता है, जो दो P⁺ डिफ्यूजन ज़ोन के बीच और दो N⁺ प्रसार क्षेत्रों के बीच डायोड अलगाव संरचना को दर्शाता है। आकृति में पूरे वेफर का सब्सट्रेट एक p - टाइप सब्सट्रेट है, और n - जाल p - टाइप सब्सट्रेट के शीर्ष पर बनाया गया है। अंजीर . 5 में संभावित संबंध के साथ संयुक्त, यह देखा जा सकता है कि n - के बीच Pn जंक्शन डायोड अच्छी तरह से और p - टाइप सब्सट्रेट भी रिवर्स डिफ्लेक्शन स्थिति में है, जो N - के बीच अलगाव सुनिश्चित करता है और P {13} यह प्रक्रिया, जिसमें केवल एन ट्रैप होते हैं और पी ट्रैप सेट नहीं करते हैं, को एन अच्छी प्रक्रिया कहा जाता है।

जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है . 6 a, यदि दो p+ प्रसार क्षेत्रों को n - में इंजेक्ट किया जाता है, तो अच्छी तरह से, या दो n+ प्रसार क्षेत्रों को P - प्रकार के सब्सट्रेट में इंजेक्ट किया जाता है, दो प्रसार ज़ोनों के बीच का क्षेत्र एक चैनल के रूप में परिभाषित किया गया है, और चैनल और सब्सट्रेट एक पूर्ण हैं। सब्सट्रेट को बी अक्षर बी द्वारा संदर्भित किया जाता है, और चैनल के दोनों किनारों पर प्रसार क्षेत्रों को एस और डी द्वारा दर्शाया जाता है, जो संपर्क छेद द्वारा धातु से जुड़े होते हैं। चैनल के ऊपर सीधे एक धातु इलेक्ट्रोड बनाएं, जिसे लेटर जी द्वारा दर्शाया गया है। अंजीर . 6 में लागू वोल्टेज संबंध के साथ संयुक्त है, यह देखा जा सकता है कि एन - के बीच पीएन जंक्शन डायोड और पी - टाइप सब्सट्रेट रिवर्स बायस स्टेट में है और राज्य, इसलिए आकृति में सभी एस और डी आयोजित नहीं किए जाते हैं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि आंकड़े में एस, डी, जी, और बी के दो अलग -अलग सेट हैं, यहां एक ही अक्षरों का उपयोग करते हुए, बस एमओएस ट्यूब पिन के बाद के नामकरण को सुविधाजनक बनाने के लिए।

चित्रा 6 बी में, दो n+ प्रसार क्षेत्रों के बीच का चैनल एक p - टाइप सब्सट्रेट से संबंधित है जो GND से जुड़ा है। इस समय, यदि चैनल के ऊपर एक सकारात्मक वोल्टेज V₁ को G पर लागू किया जाता है, तो G और चैनल के बीच उत्पन्न विद्युत क्षेत्र कुछ इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करेगा, जो चैनल में छेद को भर देगा। यदि V, काफी अधिक है कि इलेक्ट्रॉन छेद को भरने के बाद रहते हैं, तो चैनल p - से बदल जाएगा n - प्रकार के प्रकार, और फिर दो n+ प्रसार क्षेत्रों को कनेक्ट करें, ताकि S और D का संचालन किया जाए। जब V₁ का वोल्टेज 0 पर गिरता है, तो चैनल P - प्रकार पर लौटता है, S को फिर से d से अलग करता है। इसलिए, एस और डी एक इलेक्ट्रॉनिक स्विच के दो छोरों के बराबर हैं, और उनके ऑन/ऑफ और डिस्कनेक्ट को जी के वोल्टेज द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

उसी तरह, अंजीर . 6 b में n जाल में दो p+ प्रसार क्षेत्रों के बीच का चैनल n अच्छी तरह से है, और n कुआं VDD से जुड़ा हुआ है। इस बिंदु पर, VDD के नीचे एक वोल्टेज V₂ को चैनल के ऊपर G पर लागू किया जाता है, और G और चैनल के बीच इलेक्ट्रिक फ़ील्ड चैनल में इलेक्ट्रॉनों को रिपेल करता है। जब V, काफी कम होता है, तो न केवल मुक्त इलेक्ट्रॉनों को चैनल से बाहर निकाल दिया जाता है, बल्कि कुछ सहसंयोजक बांडों में इलेक्ट्रॉनों को भी चैनल के भीतर छेद बनाते हैं। इस तरह, चैनल n - से बदलकर P - के आकार का टाइप करता है, दो p+ प्रसार क्षेत्रों को जोड़ता है और S और D को आचरण करने की अनुमति देता है। जब V₂ का वोल्टेज फिर से VDD तक बढ़ जाता है, तो चैनल n - प्रकार पर लौटता है, S को फिर से d से अलग करता है, इसलिए संरचना भी G द्वारा नियंत्रित एक इलेक्ट्रॉनिक स्विच है।

0040-35057 Rev.c वेल्डमेंट, स्लिट वाल्व सम्मिलित, प्रक्रिया कक्ष

सीएमओएस

चैनल के दोनों किनारों पर प्रसार क्षेत्रों को स्रोत (एस) और नाली (डी) कहा जाता है, और चैनल के ऊपर इलेक्ट्रोड प्लेट को गेट (जी) कहा जाता है, जो सब्सट्रेट के बैकगेट (बी) के साथ मिलकर मोस ट्यूब का गठन करता है। दो n+ प्रसार क्षेत्रों और उनके संबंधित फाटकों से बना डिवाइस को NMOS ट्यूब कहा जाता है, और दो p+ प्रसार क्षेत्रों और उनके संबंधित फाटकों से बने उपकरणों को PMOS ट्यूब कहा जाता है, और दोनों के प्रतीकों को अंजीर . 6 c में दिखाया गया है।

प्रारंभिक MOS ट्यूबों की गेट सामग्री एल्यूमीनियम है, जो धातु की श्रेणी से संबंधित है। गेट और चैनल के बीच का सिलिका ऑक्साइड से संबंधित है। चैनल सेमीकंडक्टर का है। तीन अंग्रेजी शब्दों के आरंभों को मिलाकर धातु - ऑक्साइड - सेमीकंडक्टर MOS (यानी, धातु - ऑक्साइड - सेमीकंडक्टर देता है) देता है, यही कारण है कि MOS ट्यूब का नाम है। यह बताया जाना चाहिए कि वास्तविक प्रक्रिया में, गेट के नीचे सिलिका परत की मोटाई अन्य क्षेत्रों की तुलना में कम होनी चाहिए।

MOS ट्यूबों को केवल गेट वोल्टेज द्वारा नियंत्रित इलेक्ट्रॉनिक स्विच के रूप में समझा जा सकता है: NMOS ट्यूब चालू होने पर चालू होता है जब गेट वोल्टेज अधिक होता है, और PMOS ट्यूब चालू होने पर चालू होता है जब गेट वोल्टेज कम होता है। जैसा कि चित्र 7 में दिखाया गया है, पीएमओएस ट्यूब और एनएमओएस ट्यूब वीडीडी और जीएनडी के बीच श्रृंखला में जुड़े हुए हैं, और दो गेट्स इनपुट पोर्ट ए के रूप में एक साथ जुड़े हुए हैं, और दो एमओएस ट्यूबों की नालियों को एक साथ आउटपुट पोर्ट वाई के रूप में जोड़ा जाता है। जब ए उच्च होता है, तो एनएमओएस ट्यूब चालू हो जाता है, पीएमओएस ट्यूब को काट दिया जाता है, और आउटपुट वाई को नीचे खींच लिया जाता है। जब A कम होता है, तो NMOS ट्यूब को काट दिया जाता है, PMOS ट्यूब चालू हो जाता है, और आउटपुट y को खींच लिया जाता है। नतीजतन, ए और वाई एक उलटा चरण बनाते हैं, और सर्किट को एक इन्वर्टर कहा जाता है।

अंजीर . 7 में दिखाए गए इन्वर्टर में, क्योंकि PMOS ट्यूब NMOS ट्यूब के गेट से जुड़ा हुआ है, और दोनों को चालू करने के लिए आवश्यक गेट वोल्टेज विपरीत है, NMOS ट्यूब और PMOS ट्यूब को एक ही समय पर चालू नहीं किया जाएगा, और बिजली की आपूर्ति और जमीन के बीच कोई वर्तमान प्रवाह नहीं है, जो कि समतुल्य है। इन्वर्टर के अलावा, NMOS ट्यूब और PMOS ट्यूब भी विभिन्न अन्य लॉजिक गेट बना सकते हैं, जिसमें स्थैतिक ऑपरेटिंग राज्य में कोई डीसी बिजली की खपत नहीं है। NMOS ट्यूब और PMOS ट्यूबों की बेहद सही पूरक विशेषताओं के कारण, दोनों से बने सर्किट को पूरक धातु - ऑक्साइड - अर्धचालक (CMOS) नाम दिया गया है।

0020-42287 PLATE PERF 8INCH EC WXZ

यद्यपि बिजली की आपूर्ति और जमीन (यानी, कोई स्थैतिक बिजली की खपत नहीं) के बीच कोई सीधा प्रवाह नहीं होता है जब सीएमओएस लॉजिक गेट आराम पर होता है, लॉजिक गेट स्टेट फ्लिप के दौरान, एनएमओएस ट्यूब और पीएमओएस ट्यूब में एक साथ एक साथ चालन की घटना होगी, जो एक निश्चित गतिशील बिजली की खपत उत्पन्न करेगा। इसके अलावा, लॉजिक गेट्स द्वारा लोड कैपेसिटर को चार्ज करने और डिस्चार्ज करने की प्रक्रिया भी बिजली की खपत को बढ़ाती है। चूंकि ये बिजली की खपत सभी लॉजिक गेट की फ़्लिपिंग से संबंधित हैं, घड़ी की आवृत्ति जितनी अधिक होगी, सीएमओएस सर्किट की बिजली की खपत जितनी अधिक होगी; हालांकि, आधुनिक बड़े - स्केल इंटीग्रेटेड सर्किट की घड़ी की आवृत्ति आम तौर पर अधिक होती है, इसलिए बिजली की खपत और गर्मी अपव्यय समस्याओं को हल करना अभी भी CMOS एकीकृत सर्किट डिजाइन में एक कठिन समस्या है।

चूंकि सीएमओएस प्रक्रिया मूर के नियम के अनुसार विकसित होती रहती है, गेट और चैनल के बीच सिलिका परत की मोटाई कम होती जा रही है, और गेट रिसाव की घटना अधिक से अधिक गंभीर हो जाती है। यह समस्या गहरी सबमीक्रॉन प्रक्रिया चरण से पहले स्पष्ट नहीं थी, लेकिन दसियों नैनोमीटर प्रक्रिया नोड में प्रवेश करने के बाद, गेट लीकेज पावर कुल सर्किट बिजली की खपत का मुख्य स्रोत बन गया है। गहरी सबमीक्रॉन प्रक्रिया चरण से पहले, सर्किट को बंद करने के लिए केवल घड़ी गेटिंग की आवश्यकता होती है; हालांकि, गहरी सबमाइक्रोन प्रक्रिया के बाद, स्थिति बदल जाती है - घड़ी को बंद करने के अलावा, आपूर्ति वोल्टेज को कम करने की आवश्यकता है या गेट रिसाव बिजली की खपत को कम करने के लिए सब्सट्रेट वोल्टेज उठाया जाना चाहिए। एकीकृत सर्किट के पैमाने के निरंतर विस्तार के साथ, बिजली की खपत और गर्मी अपव्यय डिजाइन की अड़चन बन गया है। केवल अधिक तकनीकी नवाचार के माध्यम से हम मूर के कानून की निरंतर उन्नति को सुनिश्चित कर सकते हैं और चिप्स के एकीकरण में सुधार कर सकते हैं।