N-MOS

Transistor N-channel Metal-Oxide Semiconductor (N-MOS)

Transistores são dispositivos semicondutores que permitem controlar o fluxo de corrente elétrica. Eles são essenciais para a eletrônica moderna, sendo usados em uma ampla variedade de aplicações, como circuitos lógicos, memórias, amplificadores e chaves.

O que é um transistor N-MOS?

Um transistor N-MOS é um componente eletrônico que funciona como uma chave eletrônica, capaz de ligar ou desligar o fluxo de corrente entre dois pontos de um circuito. O transistor N-MOS é formado por três terminais: o source, o drain e o gate. O source é o terminal por onde entra a corrente elétrica, o drain é o terminal por onde sai a corrente elétrica e o gate é o terminal que controla a corrente entre o source e o drain.
Os transistores N-MOS foram inventados na década de 1950 e, desde então, tornaram-se uma parte fundamental da tecnologia moderna. Eles são usados em todos os tipos de dispositivos eletrônicos, desde computadores e smartphones até TVs e geladeiras.
O transistor N-MOS é construído a partir de um material semicondutor do tipo N, que tem uma grande quantidade de elétrons livres, e uma camada de óxido metálico, que serve como um isolante elétrico entre o gate e o canal. O canal é a região do semicondutor que liga o source e o drain.

Quando não há tensão aplicada no gate, o canal está fechado e não há corrente entre o source e o drain. Quando há uma tensão positiva aplicada no gate, o canal se abre e os elétrons livres do semicondutor fluem do source para o drain, gerando uma corrente elétrica.

Características

Os transistores N-MOS têm as seguintes características:

Velocidade: Os transistores N-MOS são geralmente mais rápidos que os transistores P-channel.
Densidade: Os transistores N-MOS podem ser fabricados em densidades mais altas que os transistores P-channel.
Consumo de energia: Os transistores N-MOS geralmente consomem menos energia que os transistores P-channel.

Estrutura

O transistor N-MOS é construído a partir de um material semicondutor do tipo N, que tem excesso de elétrons livres. O canal do transistor é formado por uma região do semicondutor do tipo N, que é dopada com impurezas do tipo P. Essas impurezas criam lacunas, que são portadores de carga positiva.

Fabricação

O transistor N-MOS é fabricado pela oxidação controlada do silício, criando uma camada fina de óxido de silício que isola o gate do canal.

O processo de fabricação do transistor N-MOS envolve as seguintes etapas principais:

Crescimento do óxido de campo sobre um substrato tipo P, que define as regiões ativas dos transistores.
Implantação de átomos de fósforo nas regiões tipo N, que formam o poço N (n-well).
Crescimento de uma fina camada de óxido de silício nas regiões ativas, que será o óxido de porta (gate).
Deposição de uma camada de silício policristalino (polysilicon) por CVD (Chemical Vapor Deposition) e corrosão por plasma, que cria as linhas de porta e interconexão dos transistores.
Implantação de dopantes tipo N e tipo P nas regiões de fonte e dreno de cada transistor, usando o polysilicon como máscara auto-alinhada.
Deposição de uma camada isolante (óxido de silício) por CVD e corrosão das regiões de contato, que expõem o silício dopado.
Deposição de uma camada metálica (alumínio) por evaporação e corrosão das linhas de interconexão locais.
Deposição de uma camada de passivação (óxido de silício) sobre toda a área do chip, exceto as áreas de contato para o wiring-bond (contatos externos).

Como funciona um transistor N-MOS?

O transistor N-MOS funciona como uma chave eletrônica que pode ligar ou desligar a corrente entre dois pontos de um circuito. O seu princípio de funcionamento se baseia na capacidade de alterar a resistência elétrica de um material semicondutor, como o silício, por meio da aplicação de uma tensão elétrica em uma camada isolante, como o óxido de metal. Quando não há tensão aplicada ao gate, os elétrons livres do canal ficam distribuídos uniformemente e não há corrente entre o source e o drain. Quando há uma tensão positiva aplicada ao gate, os elétrons livres do canal são atraídos pelo campo elétrico gerado pelo óxido de metal e se concentram na superfície do semicondutor, formando uma camada condutora. Essa camada permite que a corrente flua entre o source e o drain, com uma resistência muito baixa. Quando há uma tensão negativa ou igual à do source aplicada ao gate, os elétrons livres do canal são repelidos pelo campo elétrico gerado pelo óxido de metal e se afastam da superfície do semicondutor, formando uma camada isolante. Essa camada impede que a corrente flua entre o source e o drain, com uma resistência muito alta.

Aplicações

Os transistores N-MOS são usados em uma ampla variedade de aplicações, incluindo:

Processadores: Os transistores N-MOS são usados na construção dos circuitos lógicos dos processadores, que são responsáveis pelo controle e processamento das informações em um computador.
Memórias: Os transistores N-MOS são usados na construção das células de memória, que armazenam os dados em um computador.
Placas de vídeo: Os transistores N-MOS são usados na construção dos circuitos que geram as imagens exibidas na tela de um monitor ou televisão.
Circuitos lógicos: Os transistores N-MOS são usados na construção dos circuitos lógicos de memórias, placas de vídeo e outros dispositivos.
Amplificadores: Os transistores N-MOS são usados na construção de amplificadores, que aumentam a amplitude de um sinal elétrico.
Chaves: Os transistores N-MOS são usados como chaves eletrônicas, que permitem ou bloqueiam a passagem de corrente.

Os transistores N-MOS são componentes essenciais da eletrônica moderna e são esperados que continuem a ser usados em uma ampla variedade de aplicações no futuro.

Vantagens e desvantagens

Os transistores N-MOS têm algumas vantagens sobre os transistores P-channel, como:

Alta velocidade: Os transistores N-MOS podem operar em frequências mais altas do que os transistores P-channel.
Baixo consumo de energia: Os transistores N-MOS consomem menos energia do que os transistores P-channel.

No entanto, os transistores N-MOS também têm algumas desvantagens, como:

Maior sensibilidade à temperatura: Os transistores N-MOS são mais sensíveis à temperatura do que os transistores P-channel.
Maior ruído: Os transistores N-MOS geram mais ruído do que os transistores P-channel.

Perspectivas futuras