بررسی ترانزیستور اثر میدانی nMOS یک تقویت کننده فشار-کشش (نقش تقویت کننده با ترانزیستورهای مکمل)

بررسی ترانزیستور اثر میدانی nMOS یک تقویت کننده فشار-کشش (نقش تقویت کننده با ترانزیستورهای مکمل)

پژوهشگر و نویسنده: افشین رشید

.

.

نکته : در الکترونیک به عملکرد ترانزیستور اثر میدانی nMOS تقویت کننده فشار-کشش نیز میگویند.

در طبقه بندی ترانزیستور های اثر میدانی nMOS به طور کلی هر ترانزیستور های اثر میدانی nMOS در نیم سیکل از ســیگنال ورودی هدایت می کند. در ایــن تقویت کننده باید به طور دقیق تنظیم شــوند.ترانزیستور های اثر میدانی nMOS در مدار الکترونیکی تا ســیگنال خروج کاملا متقارن میباشد.در ترانزیستور های اثر میدانی nMOS تقویت کننده ی با ترانزیستورهای مکمل ، چون هر دو ترانزیستور به صورت کلکتور مشترک عمل می کنند مشخصات یکسانی دارند.مشکل اصلی این مدار در این اســت که مقداری از سیگنال ورودی هنگام تقویت کردن ترانزیستور جریان افت می کند و باعث می شود جریان ورودی در مدار دچار تضعیف ولتاژ گردد.

.

.

یک ترانزیستور های اثر میدانی nMOS تقویت کننده فشار کششی نوعی از مدار الکترونیکی است. که از یک جفت دستگاه فعال استفاده می کند که به طور متناوب جریان را به یک جریان متصل یا جریان را از آن جذب می کند. این نوع تقویت کننده می تواند هم ظرفیت بار و هم سرعت سوئیچینگ را افزایش دهد.روابط بین شــدت جریــان و ولتاژ (اختــلاف پتانســیل) و تغییــرات آن ها در یک ترانزیســتورnMOs بســتگی به حرارت دارد. به همین جهت رابطه ی بین اختالف پتانســیل و شــدت جریان ورودی را نمی توان با یک رابطه ی ســاده ی ریاضی بیان کرد. به منظور جلوگیری از مواجه شدن بــا روابط پیچیده ی ریاضی ، از یک ســری منحنی اســتفاده می کنند که به منحنی مشخصه های ترانزیستور معروف است .کارخانه های سازنده برای یک ترانزیســتورnMOs ، تعداد زیادی منحنی های مشخصه در اختیار مشتریان قرار می دهند.

در یک ترانزیســتورnMOs سه منحنی از اهمیت خاصی برخوردار اســت که به شرح آن ها می پردازیم :

1- منحنی مشخصه ی ورودی

منحنی در مشــخصه ی ورودی ترانزیســتورnMOs ، بیــان کننده ی مقدار جریان ورودی به گیت برحسب ولتاژ است.اگــر ورودی ترانزیســتورnMOs را پایه ( گیت _ درین) مشابه دیود ترایاک در نظر بگیریم، منحنی مشــخصه ی ورودی ترانزیستور دقیقاً منحنی مشخصه ی (ولت - آمپر) یک دیود می شود.

2_ منحنی مشخصه ی انتقالی ترانزیستور

در منحنی مشــخصه ی انتقالی ترانزیســتورnMOs ، رابطه بین جریان ورودی و جریان خروجی ترانزیستور برای مقادیر ثابت ولتاژ در پایه (سورس_ درین) را به ما می دهد.

3_ منحنی مشخصه ی خروجی ترانزیستور

در منحنی مشخصه خروجی ترانزیســتورnMOs ، رابطه بین جریان و ولتاژ خروجی را برای پایه (گیت _ سورس) در جریان ورودی معین خود را (فعال) نشان می دهد.منحنی مشــخصه ی خروجی ترانزیســتورnMOs خود شامل سه ناحیه (قطع ، فعال و اشباع) است

بررسی ساختمان داخلی (نانو ترانزیستور های CMOS)

بررسی ساختمان داخلی (نانو ترانزیستور های CMOS)

پژوهشگر و نویسنده: افشین رشید

نکته : نانو ترانزیستورهای CMOS با نیمه هادی های ترکیبی خصوصاً نانو لوله ها ترکیب میشوند ساختار ترکیبات نانو الکترونیکی شایـد ادوات اُپتیکـی و الکترونیـک نوری بیشترین بهـره را از این ترکیبـات نیمـه هادی ببرنـد. علـت اصلـی هـم امکـان مهندسـی گـاف انـرژی در این ترکیبـات بر خـلاف سیلیکـون اسـت.

نانو لوله هـای کربنی لوله هایی هستنـد که دیواره آن گرافین است. این لوله ها میتوانند تک دیواره یا چند دیواره باشند. و در تکثیر نانو ترانزیستورهای CMOS مورد استفاده قرار میگیرد. از طرفی بسته به نحوه پیچیدن و آرایش اتمهای کربن در لبه لوله، در سه صورت دسته صندلی، زیگراگ یا 1یافت میشوند. این سه نوع نانولوله کربنی خصوصیات بسیار متفاوتی دارند. مثلاً 2 کایرال ساختار دسته صندلی رفتار هادی فلزی دارد درحالیکه ساختار کایرال رفتار یک نیمه هادی دارد و واکنش آن را قسمت کوچک انرژی گاف با نانو لوله های کربنی ویژگی های الکتریکی و مکانیکی منحصر به فردی دارند.به عنوان مثال، ساختار یک نانو لوله که هزار برابر بیشتر از مس میباشد و نانولوله فلزی قادر به حمل جریان الکتریکی با چگالی cm/Aاست و این ویژگی ها سبب شده تا از این ماده در ساخت ادوات الکترونیکی مانند ترانزیستورهای CMOS (نیمه هادی) استفاده شود. نانو لوله های کربنی به عنوان جایگزینی برای سیلیکون در کانال ترانزیستور MOSFET مطرح شده اند. نانولوله ها میتوانند بعضی مشکلات کاهش طول کانال در ترانزیستور مانند تونلزنی الکترون از داخل کانال یا از گیت به داخل کانال را تا حد زیاد مرتفع کنند.

نانو لوله ها غیـر از نانو ترانزیستور های CMOS در ساخت سنجه ها و فعال کننده هـا ؛ ابر خازن ها و همچنین در بسیاری از صنایع دیگر استفاده میشوند. مشکل اصلی در به کارگیری نانو لوله ها عمدتاً در آن است که باید به صورت خوابیده روی سطح استفاده شوند تا بتوان به آنها پیوند زد و اتصال فلزی برای حصول رفتار ترانزیستوری CMOS برقرار کرد. این در حالی است که نانولوله ها عمودی رشد میکنند. مضاف بر این، باید امکان کنترل دقیق روی ویژگی های هر نانو لوله و نیز مکان رشد و طول آن وجود داشته باشد که چنانچه فرض شود نانولوله های نیمه هادی و فلزی به دقت دلخواه قابل رشد و جهت دهی روی سطح هستند، امکان فشرده سازی و افزایش سرعت هرچه بیشتر الکترونیک مجتمع را فراهم خواهند کرد. در مدارهای نانو الکترونیک به خصوص بلوک RF و مایکروویو نیاز به سوئیچهای بسیار پرسرعت است. معمولاً ترانزیستورهای با رکورددار سرعتهای بسیار بالا، به 2 و ترانزیستورهای MOSFET دوقطبی نامتجانس و تحرکپذیری الکترون بالاترتیب تا حدود 600GHz و 750GHz هستند.

نتیجه گیری :

نانو ترانزیستورهای CMOS با نیمه هادی های ترکیبی خصوصاً نانو لوله ها ترکیب میشوند ساختار ترکیبات نانو الکترونیکی شایـد ادوات اُپتیکـی و الکترونیـک نوری بیشترین بهـره را از این ترکیبـات نیمـه هادی ببرنـد. علـت اصلـی هـم امکـان مهندسـی گـاف انـرژی در این ترکیبـات بر خـلاف سیلیکـون اسـت.

پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)

دکترایِ تخصصی نانو _ میکرو الکترونیک