Tyhjennys- ja parannustilat - Depletion and enhancement modes
In kanavatransistoreja (FET), sulkutyypin ja lisäysmoodissa olemassa kaksi transistori tyyppiä, joka vastaa onko transistori on käytettäessä ON tilassa tai OFF- tilassa nolla hila-lähde-jännite.
Parannustilan MOSFETit (metalli-oksidi-puolijohde-FET) ovat yleisiä kytkentäelementtejä useimmissa integroiduissa piireissä. Nämä laitteet ovat pois päältä nollan portti -lähdejännitteellä. NMOS voidaan kytkeä päälle vetämällä portin jännitettä korkeammaksi kuin lähdejännite, PMOS voidaan kytkeä päälle vetämällä portin jännitettä alemmaksi kuin lähdejännite. Useimmissa piirejä, tämä keino vetää lisälaite-tilassa MOSFET hilajännitteen kohti valua jännite kytkeytyy sen päälle .
Tyhjennysmoodissa MOSFET laite on normaalisti PÄÄLLÄ nollaportin lähdejännitteellä. Tällaisia laitteita käytetään kuorman "vastuksina" logiikkapiireissä (esimerkiksi tyhjennyskuorman NMOS-logiikassa). N-tyypin tyhjennyskuormalaitteissa kynnysjännite voi olla noin –3 V, joten se voidaan sammuttaa vetämällä portista 3 V negatiivinen (tyhjennys on verrattuna positiivisempi kuin NMOS-lähde). PMOS: ssa napaisuudet ovat päinvastaisia.
Tila voidaan määrittää kynnysjännitteen (hilajännite suhteessa lähdejännitteeseen kohdassa, jossa käänteiskerros juuri muodostuu kanavaan) merkin perusteella: N-tyypin FET: ssä parannustilan laitteilla on positiiviset kynnykset ja tyhjennys -moodilaitteilla on negatiiviset kynnysarvot; P-tyypin FET: lle, parannusmoodin negatiivinen, ehtymistilan positiivinen.
| NMOS | PMOS | |
|---|---|---|
| Parannustila |
V d > V s (typ) ON: V g ≥ V s + 3V OFF: V g ≤ V s |
V d < V s (typ) ON: V g ≤ V s - 3 V OFF: V g ≥ V s |
| Tyhjennystila |
V d > V s (typ) ON: V g ≥ V s OFF: V g ≤ V s - 3V |
V d < V s (typ) ON: V g ≤ V s OFF: V g ≥ V s + 3V |
Risteyskenttävaikutus - transistorit ( JFET ) ovat ehtymistilassa, koska portin liitos eteenpäin eteenpäin, jos portti otettiin enemmän kuin vähän lähteestä kohti tyhjennysjännitettä. Tällaisia laitteita käytetään gallium -arsenidi- ja germanium -siruissa, joissa on vaikea tehdä oksidieristettä.
Vaihtoehtoinen terminologia
Jotkut lähteet sanovat "tyhjennystyyppi" ja "parannustyyppi" laitetyypeille, kuten tässä artikkelissa kuvataan "tyhjennystilaksi" ja "parannustilaksi", ja käyttävät "tila" -termejä, joiden suuntaan portin ja lähteen jännite eroavat nollasta . Portin jännitteen siirtäminen kohti tyhjennysjännitettä "parantaa" kanavan johtumista, joten tämä määrittelee parannustoimintatilan, kun taas portin siirtäminen pois viemäristä tyhjentää kanavan, joten tämä määrittää tyhjennystilan.
Parannuskuormitus- ja ehtymiskuormitusperiaatteet
Tyhjennyskuorman NMOS-logiikka viittaa logiikkaperheeseen, josta tuli hallitseva pii- VLSI : ssä 1970-luvun jälkipuoliskolla; prosessi tuki sekä parannustilan että tyhjennystilan transistoreita, ja tyypilliset logiikkapiirit käyttivät parannustilan laitteita alasvetokytkiminä ja tyhjennysmoodilaitteita kuormina tai vedoina. Logiikkaperheisiin, jotka on rakennettu vanhempiin prosesseihin, jotka eivät tue tyhjennystilan transistoreita, viitattiin takautuvasti tehostuskuorman logiikkaan tai kyllästetyn kuorman logiikkaan, koska parannustilan transistorit olivat tyypillisesti kytketty porttiin V DD- syöttöön ja toimivat kyllästymisalue (joskus portit on esijännitetty korkeampaan V GG -jännitteeseen ja niitä käytetään lineaarisella alueella paremman tehonviiveen (PDP) saamiseksi , mutta kuormat ottavat sitten enemmän tilaa). Vaihtoehtoisesti staattisten logiikkaporttien sijasta käytettiin toisinaan dynaamista logiikkaa , kuten nelivaiheista logiikkaa , prosesseissa, joissa ei ollut käytettävissä tyhjennystilan transistoreita.
Esimerkiksi vuoden 1971 Intel 4004 -laitteessa käytettiin parannuskuormitettua piiportti- PMOS-logiikkaa ja vuoden 1976 Zilog Z80 -laitteessa tyhjennyskuormitettua pii-hila-NMOS: ia.
Historia
Ensimmäisen MOSFET (metalli-oksidi-puolijohde kanavatransistori) osoittaa egyptiläinen insinööri Mohamed M. Atalla ja Korean insinööri Dawon Kahng on Bell Labs vuonna 1960 oli lisäysmoodissa pii puolijohdelaitteen . Vuonna 1963 Steve R.Hofstein ja Fred P.Heiman kuvasivat sekä tyhjennys- että parannustilan MOSFET -laitteita RCA Laboratoriesissa . Vuonna 1966 TP Brody ja HE Kunig Westinghouse Electricissa valmistivat parannus- ja ehtymistilan indium-arsenidi (InAs) MOS- ohutkalvotransistoreita (TFT).