Transistor NMOS contre transistor PMOS
Présentation du transistor NMOS
Les mémoires numériques, processeurs et dispositifs logiques modernes utilisent tous le transistor à semi-conducteur à oxyde métallique, ou transistor MOS, comme composant fondamental. Il s'agit d'un dispositif à porteur majoritaire dans lequel une tension appliquée à la grille module le courant circulant dans un canal conducteur entre la source et le drain. Ce transistor MOS est essentiel à de nombreux circuits intégrés analogiques et à signaux mixtes. Ce transistor peut être utilisé comme amplificateur, interrupteur ou résistance grâce à sa polyvalence. PMOS et NMOS sont les deux types de transistors MOS.
Symbole du transistor NMOS
Présentation du transistor PMOS
Le transistor PMOS, également connu sous le nom de semi-conducteur à oxyde métallique à canal P, est une forme de transistor dans lequel la zone de canal ou de grille utilise des dopants de type P. Ce transistor est l'exact opposé du transistor NMOS. Ces transistors contiennent trois bornes principales : la source, la grille et le drain. La borne source du transistor est construite à partir d'un substrat de type p, tandis que la borne de drain est construite à partir d'un substrat de type n. Le courant dans ce transistor est conduit par des porteurs de charge, tels que des trous. Les symboles des transistors PMOS sont affichés ci-dessous.
Symbole du transistor PMOS
La fonction d'un transistor NMOS
Le transistor NMOS fonctionne comme un circuit fermé lorsqu'il reçoit une tension non nulle, ce qui signifie que la connexion entre la borne source et le drain fonctionne comme un fil. En conséquence, la source reçoit le courant circulant depuis la borne de porte. La connexion entre la borne source et le drain sera détruite lorsque ce transistor obtiendra une tension d'environ 0 V, formant un circuit ouvert, ce qui fera circuler le courant de la borne de grille vers le drain.
La fonction du transistor PMOS
Le fonctionnement d’un transistor de type P est très différent de celui d’un transistor de type N. Lorsque ce transistor reçoit une tension non nulle, il crée un circuit ouvert qui empêche l'électricité de circuler de la borne de grille (G) vers la source (S). De la même manière, lorsque ce transistor reçoit une tension d'environ 0 volt, il forme un circuit fermé, ce qui signifie que le courant circule de la borne de grille (G) vers le drain (D).
Une bulle d'inversion est un autre nom pour celle-ci. Par conséquent, le but principal de ce cercle est d’inverser la valeur de la tension d’entrée. Cet onduleur convertira une tension de un à la borne de porte en zéro et fera fonctionner le circuit si nécessaire. Par conséquent, les transistors PMOS et NMOS répondent à des objectifs très différents. Il se transformera en circuit CMOS (semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire) si nous les combinons en un seul circuit MOS.
Fonctionnement du transistor PMOS
Section transversale du transistor NMOS
Un transistor NMOS typique se compose d'un corps de type p pris en sandwich entre deux zones semi-conductrices voisines de type n appelées source et drain . Une grille de régulation sur ce transistor régule le flux d'électrons entre les bornes source et drain.
Les jonctions PN de la source et du drain de ce transistor sont polarisées en inverse car le corps du transistor est mis à la terre. Un champ électrique commencera à se développer à mesure que la tension à la borne de grille augmente, attirant les électrons libres vers la base de l'interface Si-SiO2.
Les électrons finissent par remplir tous les trous une fois que la tension est suffisamment élevée, et une fine région située sous la grille, appelée canal, est inversée pour fonctionner comme un semi-conducteur de type n. Le transistor s'allumera en permettant au courant de circuler à travers celui-ci, créant une voie conductrice de la borne source au drain. Si la borne de grille est mise à la terre, aucun courant ne circule dans la jonction polarisée en inverse, le transistor sera donc désactivé.
Section transversale du transistor NMOS
Section transversale du transistor PMOS
Vous trouverez ci-dessous une coupe transversale d'un transistor PMOS . Un transistor pMOS est construit avec un corps de type n et deux régions semi-conductrices voisines de type p . D'après le schéma, ce transistor contient une grille de régulation qui régule le flux d'électrons entre ses bornes source et drain. Le corps du transistor pMOS est maintenu à une tension positive. Les bornes de source et de drain sont polarisées en inverse une fois que la borne de grille est positive. Une fois que cela se produit, aucun courant ne circulera, ce qui désactivera le transistor.
Les porteurs de charge positifs seront attirés vers le bas de l'interface Si-SiO2 si l'alimentation en tension à la borne de grille est réduite. Lorsque la tension chute suffisamment bas, le canal s'inverse et permet au courant de circuler de la borne source au drain, créant ainsi un chemin conducteur. Ces transistors n'ont souvent que deux valeurs distinctes, telles que 1 et 0, lorsqu'il s'agit de logique numérique (ON et OFF). La valeur logique haute (1) dans les circuits numériques est représentée par la tension positive du transistor, ou VDD. Dans la logique TTL, les niveaux de tension VDD étaient généralement d'environ 5 V. Actuellement, les transistors sont incapables de résister à des tensions aussi élevées car leur plage de fonctionnement se situe généralement entre 1,5 V et 3,3 V. Souvent, la basse tension est appelée GND ou VSS. Par conséquent, VSS signifie « 0 » logique et il est souvent réglé sur 0 V.
Coupe transversale du transistor PMOS
Circuit transistorisé NMOS
Vous trouverez ci-dessous un schéma d'une porte NON composée de transistors NMOS et PMOS . En connectant un transistor pMOS à la source et un transistor nMOS à la masse , nous pouvons combiner des transistors pMOS et nMOS pour créer une porte NON. Ainsi, le circuit servira de notre premier exemple de transistor CMOS. Un type de porte logique qui produit une entrée inversée comme sortie est la porte NON. Un onduleur est un autre nom pour cette porte. Le résultat sera "1" si l'entrée est "0".
Circuit transistorisé NMOS
Le transistor pMOS en haut et le transistor nMOS en bas reçoivent l'entrée lorsqu'elle est nulle. La valeur d'entrée « 0 » est convertie en « 1 » une fois qu'elle atteint le transistor pMOS. Par conséquent, le lien source est rompu. Par conséquent, si la connexion au drain (GND) est également fermée, cela produira une valeur logique "1". Nous sommes conscients que le transistor nMOS n'inversera pas la valeur d'entrée ; en conséquence, il accepte zéro tel quel et crée un circuit ouvert vers le drain. En conséquence, la porte génère une valeur logique de 1.
Les deux transistors du circuit ci-dessus reçoivent la valeur « 1 » si la valeur d'entrée est également « 1 ». La valeur « 1 » deviendra un « o » après avoir été reçue par le transistor pMOS. Le chemin vers la source est donc libre. Le transistor nMOS ne s'inversera pas une fois qu'il aura reçu la valeur "1". La valeur d'entrée reste donc à 1. La connexion au GND est fermée une fois que le transistor nMOS a reçu une valeur. En conséquence, il produira une sortie logique « 0 ».
Circuit transistorisé PMOS
L' architecture de porte NAND basée sur les transistors PMOS et NMOS est décrite ci-dessous. En électronique numérique, une porte NAND est généralement une porte logique, également appelée porte NON-ET. La sortie de cette porte complète une porte ET et est basse (0) uniquement si ses deux entrées sont hautes (1). Il produit des valeurs de sortie élevées si l'une des deux entrées est FAIBLE (zéro). L'entrée A du pMOS produira "1" et l'entrée A du nMOS produira "0" dans le circuit logique illustré ci-dessous si les entrées A et B sont toutes deux des zéros. Ainsi, cette porte logique génère un « 1 » logique car elle est connectée à la source par un circuit fermé et détachée du GND via un circuit ouvert.
Circuit transistorisé PMOS
Lorsque A est « 0 » et B » est « 1 », une entrée du pMOS produira un « 1 » et une entrée du NMOS produira un « 0. » En raison de sa connexion en circuit fermé à la source et de sa connexion en circuit ouvert. séparation du circuit du GND, cette porte en donnera une logique. Lorsque A est "1" et B est "0", l'entrée "B" du pMOS produira une sortie élevée (1) tandis que l'entrée "B" du NMOS produira une sortie faible (0). En raison de sa connexion en circuit fermé à la source et de sa séparation en circuit ouvert du GND, cette porte logique produira un 1 logique.
Lorsque A et B valent tous deux 1, une entrée d'un pMOS donnera un zéro, tandis qu'une entrée d'un nMOS donnera un « 1 ». En conséquence, nous devons également vérifier l’entrée B du pMOS et du nMOS. L'entrée B d'un pMOS produira un « 0 », tandis que l'entrée B d'un nMOS produira un « 1 ». Parce qu'elle est déconnectée de la source par un circuit ouvert et reliée au GND par un circuit fermé, cette porte logique produira un « 0 » logique.
Caractéristiques du transistor NMOS
Les propriétés IV du transistor NMOS sont affichées ci-dessous. la tension entre la source et le drain (VDS) ainsi qu'entre les bornes grille et source (VGS). Par conséquent, les courbes entre IDS et VDS sont obtenues en mettant simplement à la terre la borne de la source, en définissant une valeur VGS initiale et en faisant passer la valeur VGS de « 0 » à « VDD » pour régler le VDS sur la valeur de tension continue la plus élevée. En conséquence, les IDS sont très petits et présenteront une tendance linéaire pour un VGS très faible. Lorsque la valeur VGS augmente, IDS s'améliore et développe les dépendances suivantes sur VGS & VDS.
Caractéristiques du transistor NMOS
Caractéristiques du transistor PMOS
Vous trouverez ci-dessous les caractéristiques IV d'un transistor PMOS . Afin de déterminer la relation entre le courant drain-source (IDS) et ses tensions aux bornes, telles que les régions linéaires et de saturation, ces propriétés sont divisées en deux sections.
Bien que l'IDS soit stable et indépendant du VDS dans la zone de saturation, il augmente linéairement lorsque la VDS (tension drain-source) augmente dans une région de revêtement. Une méthode similaire à celle utilisée pour le transistor NMOS est utilisée pour dériver la relation principale entre l'ISD (courant source-drain) et ses tensions aux bornes. La seule différence dans ce scénario est que les porteurs de charge dans la couche d’inversion ne sont plus que des trous. Lorsque les trous se déplacent de la source au drain, le flux de courant est également le même.
Caractéristiques du transistor PMOS
Transistor PMOS ou NMOS
| Transistors PMOS | Transistors NMOS |
| Le transistor métal-oxyde-semi-conducteur à canal P est appelé transistor PMOS. | Le transistor métal-oxyde-semi-conducteur à canal N est appelé transistor NMOS. |
| De simples semi-conducteurs de type n sont utilisés pour fournir la source et le drain des transistors PMOS. | Les semi-conducteurs de type P sont utilisés pour réaliser la source et le drain des transistors NMOS. |
| Le substrat de ce transistor est constitué d'un semi-conducteur de type n. | Le substrat de ce transistor est constitué d'un matériau semi-conducteur de type p. |
| Dans le PMOS, les trous constituent la majorité des porteurs de charge. | Les électrons constituent la majorité des porteurs de charge dans NMOS. |
| Les appareils PMOS ne sont pas plus petits que les appareils NMOS. | Les appareils NMOS sont considérablement plus compacts que les appareils PMOS. |
| Par rapport aux appareils NMOS, les appareils PMOS ne peuvent pas être commutés plus rapidement. | Les appareils NMOS peuvent être commutés plus rapidement que les appareils PMOS. |
| Une fois qu'une basse tension est appliquée à la grille d'un transistor PMOS, celui-ci commence à conduire. | Une fois qu'une haute tension est appliquée à la grille, un transistor NMOS commence à conduire. |
| Ceux-ci sont plus résistants au bruit. | Ceux-ci ne sont pas insonorisés par rapport aux PMOS. |
| La tension de seuil (Vth) de ce transistor est une valeur négative. | La tension de seuil (Vth) de ce transistor est une valeur positive. |
Conclusion du transistor PMOS vs NMOS
Les différences structurelles entre PMOS et NMOS constituent la principale différence entre les deux systèmes. Un dispositif PMOS utilise le type P comme substrat et des semi-conducteurs dopés de type N comme source et drain, contrairement au NMOS. Un transistor NMOS (MOS négatif) forme un circuit fermé lorsqu'il est exposé à une tension non nulle ; il forme un circuit ouvert lorsqu'il est exposé à une tension d'environ 0 volt. Lorsqu'un transistor PMOS (MOS positif) reçoit une tension non nulle, il produit un circuit ouvert, et lorsqu'il reçoit une tension d'environ 0 volt, il crée un circuit fermé. En raison de ses avantages, le NMOS est plus couramment utilisé que le PMOS, mais en raison de ses propriétés de polarisation, le PMOS est toujours nécessaire dans de nombreuses applications.
De plus, la microélectronique analogique et numérique utilise généralement à la fois le NMOS et le PMOS. En particulier, PMOS et NMOS sont compatibles avec la structure CMOS (MOS complémentaire), l'une des structures MOS les plus populaires. Même si le PMOS est moins sujet au bruit, la résistance ON d'un NMOS est environ la moitié de celle d'un PMOS. Les transistors NMOS offrent un encombrement inférieur à celui des transistors PMOS pour le même courant de sortie, et le NMOS est également plus rapide que le PMOS. En conclusion, il est recommandé que les systèmes NMOS et PMOS soient conçus pour fonctionner de manière symétrique.
FAQ PMOS et NMOS
1.Qu'est-ce qui distingue les transistors NMOS et PMOS les uns des autres ?
Le transistor de type N fonctionne de manière opposée au transistor de type P. Lorsque la tension est non négligeable, le nMOS établira un circuit fermé avec la source, mais le pMOS fera un circuit ouvert avec la source.
2.Quels sont les avantages du PMOS par rapport au NMOS ?
De plus, le PMOS conduira et le NMOS ne conduira pas lorsqu'une basse tension est appliquée à la grille. Étant donné que les porteurs du NMOS, qui sont des électrons, se déplacent deux fois plus vite que les porteurs du PMOS, qui sont des trous, on pense que le NMOS est plus rapide que le PMOS. Cependant, les appareils PMOS sont plus résistants au bruit que les appareils NMOS.
3.Pourquoi préférons-nous NMOS au CMOS ?
Pour la conception de systèmes embarqués, le CMOS est préféré au NMOS. Parce que NMOS propage uniquement la logique 1, ou VDD, tandis que CMOS propage les logiques o et 1. Après avoir traversé une porte NMOS, l'O/P serait VDD-Vt. La technologie CMOS est donc recommandée.
4.Que sont respectivement NMOS et PMOS ?
Un circuit microélectronique connu sous le nom de semi-conducteur à oxyde métallique à canal N (NMOS) est utilisé dans la conception de semi-conducteurs à oxyde métallique complémentaires (CMOS) et de dispositifs logiques et de mémoire. Un plus grand nombre de transistors NMOS peuvent être installés sur une seule puce que leur frère à semi-conducteur à oxyde métallique (PMOS) à canal P, et ils sont plus rapides.
5.Pourquoi utilisons-nous le PMOS ?
En raison de la résistance à l'état passant plus élevée causée par la diminution de la mobilité et de la vitesse de saturation des trous, les transistors PMOS sont connectés en série. En conséquence, les portes NAND sont préférées aux portes NOR. R1 Soit le réseau ascendant tire sur la sortie tout en utilisant une logique CMOS statique.
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