शक्ति मॉसफेट

विद्युत मॉसफेट एक विशिष्ट प्रकार का धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर है जिसे महत्वपूर्ण विद्युत स्तरों को संभालने के लिए प्ररूपित किया गया है।

अन्य विद्युत अर्धचालक उपकरणों के सापेक्ष में, जैसे कि इंसुलेटेड-गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर (आईजीबीटी) या थाय्रिस्टर, इसके मुख्य लाभ हैं उच्च स्विचिंग गति और कम ऊर्जा पर अच्छी प्रदर्शन क्षमता होती है । इसमें आईजीबीटी के साथ एक अलग गेट होता है जिससे इसे सरलता से संचालित किया जा सकता है। कुछ स्थितियों में इनकी प्राप्ति कम हो सकती है, कभी-कभी ऐसी मात्रा में कि गेट ऊर्जा नियंत्रण के अंतर्गत  ऊर्जा से अधिक होने की आवश्यकता होती है।

विद्युत मॉसफेट अभिकल्पना की संभावना मॉसफेट और सीएमओएस प्रौद्योगिकी के विकास के द्वारा संभव है, जो 1960 के दशक से एकीकृत परिप्रेक्ष्यों के निर्माण के लिए प्रयोग की जाती है। विद्युत मॉसफेट अपने कार्यसिद्धांत को अपने कम-विद्युत संस्करण, लेटरल मॉसफेट के साथ साझा करता है। ऊर्जा मॉसफेट, जो सामान्यतः ऊर्जा विद्युतकीय में प्रयोग होता है, मानक मॉसफेट से अनुकूलित किया गया था और 1970 के दशक में वाणिज्यिक रूप से प्रस्तुत किया गया था। ऊर्जा मॉसफेट विश्व में सबसे सामान्य ऊर्जा अर्द्धचालक उपकरण है, क्योंकि इसे कम गेट संचालित ऊर्जा, तेज स्विचिंग गति, आसान परालेलिंग क्षमता, व्यापक बैंडविड्थ, कठोरता, सरल संचालित, सरल बायसिंग, आवेदन करने में विशेष रूप से, यह सबसे अधिक प्रयोग होने वाला कम ऊर्जा  स्विच है। इसे विभिन्न अनुप्रयोगों में पाया जा सकता है, जैसे कि अधिकांश  विद्युत आपूर्ति, डीसी-टू-डीसी कनवर्टर,निम्न-ऊर्जा  मोटर नियंत्रक, और बहुत सारे अन्य अनुप्रयोगों में किया जाता है।

इतिहास
मॉसफेट का आविष्कार 1959 में बेल लैब्स में मोहम्मद एम. अटाला और दावों कहंग द्वारा किया गया था। यह ऊर्जा विद्युतकीय में एक सफलता थी। मॉसफेट s की पीढ़ियों ने ऊर्जा आरेखों को प्रदर्शन और घनत्व स्तर प्राप्त करने में सक्षम बनाया जो द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के साथ संभव नहीं है। 1969 में,  हितैची ने पहली ऊर्ध्वाधर शक्ति मॉसफेट प्रस्तुत किया, जिसे बाद में वीएमओएस  के नाम से जाना गया। उसी वर्ष, स्व-संरेखित गेट के साथ मॉसफेट डीएमओएस की रिपोर्ट सबसे पहले राष्ट्रीय उन्नत औद्योगिक विज्ञान और प्रौद्योगिकी संस्थान ( ईटीएल ) के वाई. तारुई, वाई. हयाशी और तोशीहिरो सेकिगावा ने की थी। 1974 में, तोहोकू विश्वविद्यालय में आदेश-स्थिति निशिजावा ने ऑडियो के लिए एक ऊर्जा   मॉसफेट का आविष्कार किया, जिसे जल्द ही यामाहा संस्था द्वारा उनके उच्च निष्ठा के लिए निर्मित किया गया था। जेवीसी पायनियर संस्था, सोनी और  तोशीबा  ने भी 1974 में ऊर्जा मॉसफेट s के साथ प्रवर्धक का निर्माण प्रारंभ किया। सिलिकॉनिक्स ने 1975 में व्यावसायिक रूप से वीएमओएस प्रस्तुत किया।

वीएमओएस और डीएमओएस विकसित होकर वीडीएमओएस के नाम से जाने गए। एचपी लैब्स में जॉन एल. मोल की अनुसंधान टीम ने 1977 में डीएमओएस प्रोटोटाइप तैयार किया, और वीएमओएस पर लाभ का प्रदर्शन किया, जिसमें कम ऑन-प्रतिरोध और उच्च ब्रेकडाउन ऊर्जा सम्मिलित थे। उसी वर्ष, हितैची ने एलडीएमओएस प्रस्तुत किया, जो डीएमओएस का एक समतल प्रकार है। हितैची 1977 और 1983 के मध्य  एकमात्र एलडीएमओएस निर्माता थी, उस दौरान एलडीएमओएस का उपयोग एचएच विद्युतकीय और एशली ऑडियो जैसे निर्माताओं के ऑडियो ऊर्जा प्रवर्धक में किया जाता था, और संगीत और सार्वजनिक संबोधन प्रणालियों के लिए उपयोग किया जाता था। 1995 में 2G डिजिटल सेल्युलर नेटवर्क की प्रारंभ के साथ, एलडीएमओएस 2G, 3G और 4G जैसे मोबाइल नेटवर्क में सबसे व्यापक रूप से प्रयोग किया जाने वाला आरएफ ऊर्जा प्रवर्धक बन गया।. एलेक्स लिडो ने 1977 में स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में हेक्सफेट, एक हेक्सागोनल प्रकार की ऊर्जा एमओएसएफईटी का सह-आविष्कार किया। टॉम हरमन के साथ। हेक्सफेट का 1978 में अंतर्राष्ट्रीय सुधारक द्वारा व्यावसायीकरण किया गया था। इंसुलेटेड-गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर, जो ऊर्जा   मॉसफेट और  द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर दोनों के तत्वों को जोड़ता था, 1977 और 1979 के मध्य सामान्य विद्युतीय में बी. जयंत बालिगा द्वारा विकसित किया गया था। सुपरजंक्शन मॉसफेट एक प्रकार का ऊर्जा मॉसफेट है जो P+ कॉलम का उपयोग करता है जो N-एपिटैक्सी परत में प्रवेश करता है। P और N परतों को ढेर करने का विचार पहली बार 1978 में ओसाका विश्वविद्यालय में शोज़ो शिरोटा और शिगियो कनेडा द्वारा प्रस्तावित किया गया था। फिलिप्स में डेविड जे. कोए ने 1984 में एक यूएस पेटेंट प्रविष्टि करके वैकल्पिक P-टाइप और N-टाइप परतों के साथ सुपरजंक्शन एमओएसएफईटी का आविष्कार किया, जिसे 1988 में प्रदान किया गया था।

अनुप्रयोग
पावर मॉसफेट विश्व में सबसे अधिक प्रयोग होने वाला पावर अर्द्धचालक उपकरण है। 2010 के अनुसार, पावर मॉसफेट पावर ट्रांजिस्टर मार्केट का 53% अंश रखता है, इसे इंसुलेटेड-गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर (27%), RF पावर एम्प्लीफायर (11%) और बायोपोलर जंक्शन ट्रांजिस्टर (9%) से आगे है। 2018 के अनुसार, हर साल 50 अरब से अधिक ऊर्जा मॉसफेट भेजे जाते हैं। इनमें ट्रेंच पावर मॉसफेट भी सम्मिलित है, जिसने फरवरी 2017 तक 100 अरब से अधिक इकाइयाँ बेची हैं।और एसटीमाइक्रो विद्युतकीय का  सुपरजंक्शन मॉसफेट जिसने 2019 तक 5 अरब इकाइयाँ बेची हैं।.

ऊर्जा मॉसफेट s का उपयोग सामान्यतः उपभोक्ता विद्युतकीय की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए किया जाता है। आरएफ डीएमओएस, जिसे आरएफ ऊर्जा एमओएसएफईटी के रूप में भी जाना जाता है,  आकाशवाणी आवृति  (आरएफ) अनुप्रयोगों के लिए प्ररूपित किया गया एक प्रकार का डीएमओएस ऊर्जा ट्रांजिस्टर है। इसका उपयोग विभिन्न रेडियो और आरएफ अनुप्रयोगों में किया जाता है।  ऊर्जा मॉसफेट  s का व्यापक रूप से परिवहन प्रौद्योगिकी में उपयोग किया जाता है,   जिसमें वाहनों की एक विस्तृत श्रृंखला सम्मिलित है। स्वचालित उद्योग में,    स्वचालित विद्युतकीय में ऊर्जा मॉसफेट s का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।  ऊर्जा मॉसफेट  s सामान्यतः अन्य अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए उपयोग किए जाते हैं।

मूल संरचना
1970 के दशक में, पहले वाणिज्यिक विद्युत मॉसफेट के प्रस्तावित होने के समय कई संरचनाएं खोजी गई थीं। यद्यपि, उनमें से अधिकांश को वर्टिकल डिफ्यूज्ड एमओएस संरचना और एलडीएमओएस संरचना के पक्ष में चलाने की प्राथमिकता दी गई थी।

वीडीएमओएस का विशेष अंश उपकरण की ऊर्ध्वाधरता को दर्शाता है: जिसमें यह देखा जा सकता है कि स्रोत इलेक्ट्रोड ड्रेन के ऊपर स्थापित होता है, जिसके परिणामस्वरूप ट्रांजिस्टर चालू स्थिति में मुख्य रूप से ऊर्ध्वाधर धारा उत्पन्न होता है। वीडीएमओएस में प्रसार विनिर्माण प्रक्रिया को संदर्भित करता है, P वेल्स प्रसारण प्रक्रिया द्वारा प्राप्त किए जाते हैं जिससे P और N+ क्षेत्र प्राप्त होते हैं, इसलिए द्विगुण प्रसरित नाम दिए जाते है ।

ऊर्जा मॉस्फेटस की संरचना पार्श्व मॉसफेट से भिन्न होती है: जैसा कि अधिकांश विद्युत उपकरणों की तरह, उनकी संरचना ऊर्ध्वाधर होती है न कि समतलीय समतल संरचना में, प्रवाह और ब्रेकडाउन ऊर्जा रेटिंग दोनों प्राथमिकतः चैनल आयामों के आधार पर होती हैं, जिससे "सिलिकॉन की भूमि" के अपर्याप्त उपयोग का परिणाम होता है। ऊर्ध्वाधर संरचना के साथ, ट्रांजिस्टर की ऊर्जा रटिंग N एपिटैक्सियल परत के डोपिंग और मोटाई के आधार पर होती है जबकि प्रवाह रेटिंग चैनल की चौड़ाई के आधार पर होती है। इससे ट्रांजिस्टर को संकीर्ण सिलिकॉन टुकड़े में उच्च अवरोधी ऊर्जा और उच्च प्रवाह दोनों को सहन करने की संभावना होती है।

एलडीएमओएस पार्श्व संरचना वाले ऊर्जा मॉस्फेटस होते हैं। इनका प्रमुख उपयोग उच्च-स्तरीय ऑडियो ऊर्जा   एम्पलीफायर्स, और वायरलेस सेल्युलर नेटवर्क में आरएफ ऊर्जा एम्पलीफायर्स में किया जाता है, जैसे कि 2जी, 3जी, और 4जी।. उनका लाभ यह है कि वे ऊर्ध्वाधर मॉस्फेटस की तुलना में उत्पन्न किए गए संतृप्त क्षेत्र में बेहतर व्यवहार करते हैं। वर्टिकल मॉस्फेटस स्विचिंग एप्लिकेशन्स के लिए आरेखित किए जाते हैं, इसलिए उन्हें केवल चालू या बंद स्थितियों में ही उपयोग किया जाता है।

ऑन-स्टेट प्रतिरोध
जब ऊर्जा  मॉसफेट ऑन-स्टेट में होता है  तो यह ड्रेन और स्रोत टर्मिनलों के मध्य  एक संवेदक व्यवहार प्रदर्शित करता है।चित्र 2 में देखा जा सकता है कि यह प्रतिरोध  कई प्राथमिक योगदानों का योग होता है।
 * RS स्रोत प्रतिरोध है. यह पैकेज के स्रोत टर्मिनल से मॉसफेट के चैनल के मध्य सभी प्रतिरोधों का तार का जोड़ प्रतिरोध, स्रोत धातुकरण का, और  N+ वेल की प्रतिरोध का प्रतिनिधित्व करता है।
 * Rch.यह चैनल प्रतिरोध है. यह चैनल की चौड़ाई और किसी दिए गए डाई आकार के लिए चैनल घनत्व के व्युत्क्रमानुपाती होता है। चैनल प्रतिरोध आर के मुख्य योगदानकर्ताओं में से एक RDSon है जो कम ऊर्जा वाले मॉसफेट s, और चैनल घनत्व को बढ़ाने के लिए सेल का आकार कम करने के लिए प्रयास किए गए हैं।
 * Raसक्रिय प्रतिरोध है। यह गेट इलेक्ट्रोड के नीचे सीधे उपचयी क्षेत्र के प्रतिरोध का प्रतिनिधित्व करता है, जहां धारा की दिशा क्षैतिज से ऊर्ध्वाधर में परिवर्तित होती है;
 * RJFETऊपर उल्लिखित सेल आकार में कमी के हानिकारक प्रभाव को दर्शाता है: P आरोपण एक परजीवी जेएफईटी ट्रांजिस्टर का गठन करते हैं, जो धारा की चौड़ाई को कम करने की प्रवृत्ति रखते हैं।
 * Rn सक्रिय परत का प्रतिरोध है। इस परत का कार्य ब्लॉकिंग ऊर्जा को सहन करना होता है, इसलिए आरएन उपकरण के ऊर्जा  रेटिंग से सीधे संबंधित होता है। एक उच्च ऊर्जा मॉसफेट को एक मोटी, कम डोप वाली परत की आवश्यकता होती है, अर्थात इसकी प्रतिरोध अधिक होती है, जबकि एक निम्न ऊर्जा ट्रांजिस्टर को केवल एक पतली परत की आवश्यकता होती है जिसमें अधिक डोपिंग स्तर होता है, अर्थात कम प्रतिरोध होती है। इस परिणामस्वरूप, Rn उच्च ऊर्जा मॉसफेट की प्रतिरोध के लिए प्रमुख कारक है।
 * RD ड्रेन के लिए आरएस के समकक्ष है। यह ट्रांजिस्टर सबस्ट्रेट चित्र 1 में संकेत दिखाए गए संचारण के स्वरूप में नहीं होता है, नीचे की N+ परत वास्तव में सबसे मोटी होती है और पैकेज कनेक्शन की प्रतिरोध को प्रतिष्ठित करता है।



विघटन ऊर्जा /ऑन-स्टेट प्रतिरोध समन्वयन
ऑफ-स्टेट में, ऊर्जा मॉसफेट एक पीआईएन डायोड के समकक्ष होता है जब यह अत्यधिक गैर-सममिति वाला संरचना रिवर्स-बायस होता है, तो स्थान-आवरण क्षेत्र मुख्य रूप से हल्के डोप की ओर विस्तारित होता है । इसका तात्पर्य यह है कि इस परत को मोसफेट के ऑफ-स्टेट ड्रेन-स्रोत ऊर्जा का बहुतायत सहन करना होता है।

यद्यपि, जब मॉसफेट चालू स्थिति में होता है, तो इस N− परत का कोई कार्य नहीं होता है। इसके अतिरिक्त, यह हल्के-डोप क्षेत्र होने के कारण, इसकी स्वाभाविक प्रतिरोधकता अपेक्षाकृत अनदेखी नहीं होती है और मॉसफेट की चालू स्थिति ड्रेन-स्रोत प्रतिरोध में जोड़ा जाता है।

दो मुख्य पैरामीटर ट्रांजिस्टर की विघटन ऊर्जा और आर.डीसन को नियंत्रित करते हैं: डोपिंग स्तर और N− इपिटैक्सियल परत की मोटाई। परत जितनी मोटी होगी और उसका डोपिंग स्तर कम होगा, विघटन ऊर्जा उतना अधिक होगा। वहीं, परत जितनी पतली होगी और उसका डोपिंग स्तर उतना अधिक होगा, आर.डी.सन उतना ही कम होगा। इसलिए, मॉसफेट के आरेख में ऊर्जा रेटिंग और आन-स्थिति प्रतिरोध के मध्य एक समझौता होता है। इसे चित्र 3 में दिए गए प्लाट द्वारा प्रदर्शित किया गया है।

बॉडी डायोड
चित्र 1 में देखा जा सकता है कि स्रोत मेटालाइजेशन न केवल N+ प्रवेशीकरणों से जुड़ती है, बल्कि पी+ प्रवेशीकरणों से भी जुड़ती है, मॉसफेट का चालन सिद्धांत केवल स्रोत को N+ क्षेत्र से जोड़ने की आवश्यकता होती है। यद्यपि, इसके लिए यदि ऐसा होता तो इसका परिणाम होता कि एन-डोप्ड स्रोत और निकासी के मध्य  फ्लोटिंग पी-क्षेत्र होता, जो एक गैर-जुड़ा बेस वाले एनपीएन ट्रांजिस्टर के समान होता है। निश्चित परिस्थितियों में, इस पारस्परिक एनपीएन ट्रांजिस्टर को ट्रिगर किया जाता है, जिसके कारण मॉसफेट अनियंत्रित हो जाता है। पी प्रवेशीकरण को स्रोत मेटालाइजेशन से जोड़ने से पारस्परिक ट्रांजिस्टर का बेस इसके इमीटर से शॉर्ट हो जाता है और इस प्रकार यह अनुमानित लैचिंग को रोकता है। यद्यपि, यह समाधान मॉसफेट के ड्रेन और स्रोत के मध्य  एक डायोड बनाता है, जिसके कारण यह केवल एक दिशा में प्रवाह को बंद कर सकता है।

प्रेरक भार के लिए फ्रीव्हीलिंग डायोड के रूप में बॉडी डायोड का उपयोग एच ब्रिज या हाफ ब्रिज के आरेखण में किया जा सकता है,यद्यपि ये डायोड सामान्यतः अत्यधिक उच्च एच ब्रिज या हाफ ब्रिज के आरेखण में ऊर्जा ड्रॉप वाले होते हैं, वे बड़े प्रवाह को नियंत्रित कर सकते हैं और कई अनुप्रयोगों में पर्याप्त होते हैं, जिससे भाग की संख्या, उपकरण की लागत और बोर्ड स्थान को कम किया जा सकता है। कार्यक्षमता बढ़ाने के लिए, तंबगत संरेखण प्रायः उपयोग किया जाता है जिससे बॉडी डायोड द्वारा प्रवाहित करने वाले समय की मात्रा को कम से कम किया जा सके।

स्विचिंग संचालन
अपनी एकाधिकार स्वभाव के कारण, ऊर्जा  मॉसफेट बहुत उच्च गति पर स्विच कर सकते हैं। वास्तव में, द्विध्रुवी उपकरणों की तरह न्यूनतम वाहकों को हटाने की आवश्यकता नहीं होती है। सम्मिश्रण गति में आंतरिक क्षमताओं के कारण केवल स्वाभाविक सीमिताओं होती है। ये क्षमताएं ट्रांजिस्टर स्विच होने पर चार्ज करने या डिस्चार्ज करने के लिए होती हैं। यह एक तुलनात्मक धीमी प्रक्रिया हो सकती है क्योंकि गेट क्षमताओं से बहने वाली धारा बाह्य संचालित परिपथ द्वारा सीमित होती है। वास्तव में, यह परिपथ ट्रांजिस्टर की सम्मिश्रण गति का निर्देश करेगा ।

धारिता
मॉसफेट डेटाशीट में, धारिता को प्रायः Ciss इनपुट धारिता, ड्रेन और सोर्स टर्मिनल छोटा,Cossआउटपुट धारिता, गेट और सोर्स छोटा, और Crss रिवर्स ट्रांसफर  धारिता, जमीन से जुड़ा स्रोत नाम दिया जाता है। इन  धारिता और नीचे वर्णित धारिता के बीच संबंध है:

$$\begin{matrix} C_{iss} & = & C_{GS}+C_{GD}\\ C_{oss} & = & C_{GD}+C_{DS}\\ C_{rss} & = & C_{GD} \end{matrix} $$ जहां सीGS, सीGD और सीDS क्रमशः गेट-टू-सोर्स, गेट-टू-ड्रेन और ड्रेन-टू-सोर्स धारिता हैं (नीचे देखें)। निर्माता सी को उद्धृत करना पसंद करते हैंiss, सीoss और सीrss क्योंकि इन्हें सीधे ट्रांजिस्टर पर मापा जा सकता है। हालाँकि, जैसा कि सीGS, सीGD और सीDS भौतिक अर्थ के करीब हैं, उनका उपयोग इस लेख के शेष भाग में किया जाएगा।

गेट टू सोर्स धारिता
सीGS धारिता का गठन C के समानांतर कनेक्शन से होता हैoxN+, सीoxP और सीoxm (चित्र 4 देखें)। जैसा कि एन+ और पी क्षेत्र अत्यधिक डोप किए गए हैं, दो पूर्व  धारिता को स्थिर माना जा सकता है। सीoxm (पॉलीसिलिकॉन) गेट और (धातु) स्रोत इलेक्ट्रोड के मध्य  की धारिता है, इसलिए यह भी स्थिर है। इसलिए, सी पर विचार करना सामान्य   बात हैGS एक स्थिर धारिता के रूप में, अर्थात इसका मान ट्रांजिस्टर की स्थिति पर निर्भर नहीं करता है।

गेट टू ड्रेन धारिता
सीGD धारिता को दो प्राथमिक  धारिता की श्रृंखला में कनेक्शन के रूप में देखा जा सकता है। पहला है ऑक्साइड  धारिता (CoxD), गेट इलेक्ट्रोड, सिलिकॉन डाइऑक्साइड और एन एपिटैक्सियल परत के शीर्ष द्वारा गठित। इसका एक स्थिर मूल्य है. दूसरी धारिता (CGDj) जब मॉसफेट ऑफ-स्टेट में होता है तो डिप्लेशन क्षेत्र|स्पेस-चार्ज ज़ोन के विस्तार के कारण होता है। इसलिए, यह ड्रेन टू गेट ऊर्जा पर निर्भर है। इससे C का मान ज्ञात होता हैGD है:

$$C_{GD}=\frac{C_{oxD}\times C_{GDj}\left(V_{GD}\right)}{C_{oxD}+ C_{GDj}\left(V_{GD}\right)}$$ स्पेस-चार्ज क्षेत्र की चौड़ाई किसके द्वारा दी गई है?

$$w_{GDj}=\sqrt{\frac{2\epsilon_{Si}V_{GD}}{qN}}$$ कहाँ $$\epsilon_{Si}$$ सिलिकॉन की पारगम्यता है, q इलेक्ट्रॉन आवेश है, और N डोपिंग (अर्धचालक) स्तर है। C का मानGDj कैपेसिटर#समानांतर-प्लेट कैपेसिटर की अभिव्यक्ति का उपयोग करके अनुमान लगाया जा सकता है:

$$C_{GDj}=A_{GD}\frac{\epsilon_{Si}}{w_{GDj}}$$ जहाँ एकGD गेट-ड्रेन ओवरलैप का सतह क्षेत्र है। इसलिए, यह आता है:

$$C_{GDj}\left(V_{GD}\right)=A_{GD}\sqrt{\frac{q\epsilon_{Si}N}{2V_{GD}}}$$ यह देखा जा सकता है कि सीGDj (और इस प्रकार सीGD) एक धारिता है जिसका मान गेट टू ड्रेन ऊर्जा पर निर्भर करता है। जैसे-जैसे यह ऊर्जा  बढ़ता है, धारिता कम होती जाती है। जब मॉसफेट ऑन-स्टेट में होता है, तो CGDj शंट किया जाता है, इसलिए निकास क्षमता का गेट C के बराबर रहता हैoxD, एक स्थिर मान.

निकास से स्रोत धारिता
चूंकि स्रोत धातुकरण पी-कुओं को ओवरलैप करता है (चित्र 1 देखें), नाली और स्रोत टर्मिनलों को पी-एन जंक्शन द्वारा अलग किया जाता है। इसलिए, सीDS जंक्शन धारिता है. यह एक गैर-रैखिक धारिता है, और इसके मान की गणना C के समान समीकरण का उपयोग करके की जा सकती हैGDj.

पैकेजिंग अधिष्ठापन
मॉसफेट को संचालित करने के लिए, सामान्यतः तार बांधने का उपयोग किया जाता है । ये कनेक्शन एक परजीवी अधिष्ठापन को प्रदर्शित करते हैं, जो मॉसफेट प्रौद्योगिकी के लिए विशेषतः नहीं होता है, लेकिन उच्च विनिमय  स्पीड के कारण महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। परजीवी अधिष्ठापन अपनी धारा को स्थिर रखने की प्रवृत्ति रखती है और ट्रांजिस्टर के बंद होने के समय अधिक वोल्टेज उत्पन्न करती है, जिससे विनिमय   हानि बढ़ती हैं।

मॉसफेट के प्रत्येक टर्मिनल के साथ एक परजीवी अधिष्ठापन जोड़ा जा सकता है। उनके अलग-अलग प्रभाव हैं:
 * गेट इंडक्शन का बहुत कम प्रभाव होता है क्योंकि गेट पर वर्तमान ग्रेडिएंट अपेक्षाकृत धीमे हैं। yयद्यपि कुछ मामलों में, गेट इंडक्शन और ट्रांजिस्टर की इनपुट धारिता एक इलेक्ट्रॉनिक थरथरानवाला का निर्माण कर सकते हैं। इससे बचना चाहिए, क्योंकि इसके परिणामस्वरूप बहुत अधिक विनिमय हानि होती है। एक विशिष्ट डिज़ाइन पर, इस घटना को रोकने के लिए परजीवी अधिष्ठापन को  पर्याप्त रूप से कम रखा जाता है;
 * जब मॉसफेट स्विच ऑन होता है, तो ड्रेन इंडक्टेंस ऊर्जा को कम करने की प्रवृत्ति रखती है, जिससे स्विच ऑन होने की हानियाँ कम होती हैं। यद्यपि, स्विच ऑफ होने के समय, यह एक अतिरिक्त ऊर्जा को उत्पन्न करती है जिसके कारण स्विच ऑफ हानियाँ बढ़ जाती हैं।
 * स्रोत पैरासिटिक इंडक्टेंस ड्रेन इंडक्टेंस की तरह व्यवहार करती है, जो एक अतिरिक्त प्रभाव होता है जो विनिमय को और लंबा करता है, जिससे विनिमय हानियां बढ़ जाती हैं।
 * तेज़ टर्न-ऑन की प्रारंभ में, स्रोत अधिष्ठापन के कारण, स्रोत पर ऊर्जा (डाई पर) गेट ऊर्जा  के साथ-साथ ऊपर कूदने में सक्षम होगा; आंतरिक वीजीएस ऊर्जा  लंबे समय तक कम रहेगा, इसलिए चालू करने में विलंब होगी।
 * तेजी से टर्न-ऑफ के प्रारंभ में, जैसे ही स्रोत इंडक्शन के माध्यम से विद्युत तेजी से घटता है, परिणामी ऊर्जा नकारात्मक हो जाता है तथा आंतरिक वीजीएस बढ़ जाता है ऊर्जा, मॉसफेट को चालू रखता है, और इसलिए टर्न-ऑफ में विलंब करता है।

गेट ऑक्साइड टूटना
गेट ऑक्साइड बहुत पतला (100 एनएम या उससे कम) है, इसलिए यह केवल सीमित ऊर्जा ही बनाए रख सकता है। डेटाशीट में, निर्माता अक्सर अधिकतम गेट टू सोर्स ऊर्जा, लगभग 20 वी बताते हैं, और इस सीमा से अधिक होने पर घटक नष्ट हो सकता है। इसके अतिरिक्त  , उच्च गेट टू सोर्स ऊर्जा  मॉसफेट के जीवनकाल को काफी कम कर देता है, जिससे R पर कोई लाभ नहीं होता हैDSon कमी।

इस समस्या से निपटने के लिए अक्सर गेट संचालित  र परिपथ का उपयोग किया जाता है।

स्रोत ऊर्जा के लिए अधिकतम निकास
ऊर्जा  मॉसफेट  s में अधिकतम निर्दिष्ट ड्रेन टू सोर्स ऊर्जा  (बंद होने पर) होता है, जिसके परे हिमस्खलन टूटना हो सकता है। ब्रेकडाउन ऊर्जा  से अधिक होने से उपकरण संचालन में बाधा उत्पन्न करता है, संभावित रूप से अत्यधिक  विद्युत   अपव्यय के कारण इसे और अन्य परिपथ तत्वों को नुकसान पहुंचता है।

अधिकतम नाली धारा
ड्रेन करंट सामान्य  तौर पर एक निश्चित निर्दिष्ट मान (अधिकतम निरंतर ड्रेन करंट) से नीचे रहना चाहिए। यह बहुत कम समय के लिए उच्च मूल्यों तक पहुंच सकता है (अधिकतम स्पंदित नाली धारा, कभी-कभी विभिन्न पल्स अवधि के लिए निर्दिष्ट)। वायर बॉन्डिंग जैसे आंतरिक घटकों में जूल तापन और धातु की परत में इलेक्ट्रोमाइग्रेशन जैसी अन्य घटनाओं के कारण ड्रेन करंट सीमित होता है।

अधिकतम तापमान
जंक्शन तापमान (टीJ) डिवाइस के विश्वसनीय रूप से कार्य करने के लिए मॉसफेट का एक निर्दिष्ट अधिकतम मान के अंतर्गत रहना चाहिए, जो मॉसफेट डाई लेआउट और पैकेजिंग सामग्री द्वारा निर्धारित किया जाता है। मोल्डिंग कंपाउंड और (जहां उपयोग किया जाता है) एपॉक्सी विशेषताओं के कारण पैकेजिंग अक्सर अधिकतम जंक्शन तापमान को सीमित करती है।

अधिकतम परिचालन तापमान का तापमान विद्युत   अपव्यय और थर्मल प्रतिरोध द्वारा निर्धारित किया जाता है। जंक्शन-टू-केस थर्मल प्रतिरोध डिवाइस और पैकेज के लिए आंतरिक है; केस-टू-एम्बिएंट थर्मल प्रतिरोध काफी हद तक बोर्ड/माउंटिंग लेआउट, हीटसिंकिंग क्षेत्र और वायु/द्रव प्रवाह पर निर्भर है।

विद्युत  अपव्यय का प्रकार, चाहे निरंतर या स्पंदित, थर्मल द्रव्यमान विशेषताओं के कारण अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान को प्रभावित करता है; सामान्य तौर पर, किसी दिए गए  विद्युत   अपव्यय के लिए दालों की आवृत्ति जितनी कम होगी, डिवाइस को ठंडा होने के लिए लंबे अंतराल की अनुमति के कारण अधिकतम ऑपरेटिंग परिवेश का तापमान उतना अधिक होगा। मॉडल, जैसे कि फोस्टर की प्रतिक्रिया प्रमेय, का उपयोग शक्ति क्षणकों से तापमान की गतिशीलता का विश्लेषण करने के लिए किया जा सकता है।

सुरक्षित परिचालन क्षेत्र
सुरक्षित परिचालन क्षेत्र ड्रेन करंट और ड्रेन टू सोर्स ऊर्जा की संयुक्त रेंज को परिभाषित करता है जिसे ऊर्जा   मॉसफेट बिना किसी क्षति के संभालने में सक्षम है। इसे इन दो मापदंडों द्वारा परिभाषित विमान में एक क्षेत्र के रूप में रेखांकन द्वारा दर्शाया गया है। ड्रेन करंट और ड्रेन-टू-सोर्स ऊर्जा  दोनों को उनके संबंधित अधिकतम मूल्यों से नीचे रहना चाहिए, लेकिन उनका उत्पाद उस अधिकतम  विद्युत   अपव्यय से भी नीचे रहना चाहिए जिसे डिवाइस संभालने में सक्षम है। इस प्रकार, डिवाइस को उसके अधिकतम करंट और अधिकतम ऊर्जा  पर एक साथ संचालित नहीं किया जा सकता है।

लैच-अप
ऊर्जा  मॉसफेट के समतुल्य परिपथ में एक परजीवी BJT के समानांतर एक मॉसफेट होता है। यदि BJT चालू हो जाता है, तो इसे बंद नहीं किया जा सकता, क्योंकि गेट का इस पर कोई नियंत्रण नहीं है। इस घटना को लैच-अप के रूप में जाना जाता है, जिससे उपकरण नष्ट हो सकता है। पी-टाइप बॉडी क्षेत्र में ऊर्जा  ड्रॉप के कारण BJT को चालू किया जा सकता है। लैच-अप से बचने के लिए, डिवाइस पैकेज के भीतर बॉडी और स्रोत को सामान्यतः     शॉर्ट-परिपथ किया जाता है।

सेलुलर संरचना
जैसा कि ऊपर बताया गया है, ऊर्जा  मॉसफेट की वर्तमान हैंडलिंग क्षमता उसके गेट चैनल की चौड़ाई से निर्धारित होती है। गेट चैनल की चौड़ाई चित्रित क्रॉस-सेक्शन का तीसरा (जेड-अक्ष) आयाम है।

लागत और आकार को कम करने के लिए, ट्रांजिस्टर के डाई क्षेत्र के आकार को यथासंभव छोटा रखना मूल्यवान है। इसलिए, चैनल सतह क्षेत्र की चौड़ाई बढ़ाने, यानी चैनल घनत्व बढ़ाने के लिए अनुकूलन विकसित किए गए हैं। इनमें मुख्य रूप से मॉसफेट डाई के पूरे क्षेत्र में दोहराई जाने वाली सेलुलर संरचनाएं बनाना शामिल है। इन कोशिकाओं के लिए कई आकार प्रस्तावित किए गए हैं, जिनमें से सबसे प्रसिद्ध अंतर्राष्ट्रीय रेक्टिफायर के HEXFET उपकरणों में उपयोग किया जाने वाला हेक्सागोनल आकार है।

चैनल घनत्व बढ़ाने का दूसरा तरीका प्राथमिक संरचना के आकार को कम करना है। यह किसी दिए गए सतह क्षेत्र में अधिक कोशिकाओं की अनुमति देता है, और इसलिए अधिक चैनल चौड़ाई। हालाँकि, जैसे-जैसे कोशिका का आकार सिकुड़ता है, प्रत्येक कोशिका का उचित संपर्क सुनिश्चित करना अधिक कठिन हो जाता है। इसे दूर करने के लिए अक्सर एक पट्टी संरचना का उपयोग किया जाता है (चित्र देखें)। यह चैनल घनत्व के संदर्भ में समकक्ष रिज़ॉल्यूशन की सेलुलर संरचना से कम कुशल है, लेकिन छोटी पिच का सामना कर सकता है। समतल धारी संरचना का एक अन्य लाभ यह है कि यह हिमस्खलन टूटने की घटनाओं के दौरान विफलता के प्रति कम संवेदनशील होता है जिसमें परजीवी द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर पर्याप्त आगे के पूर्वाग्रह से चालू होता है। सेलुलर संरचना में, यदि किसी एक कोशिका के स्रोत टर्मिनल से खराब तरीके से संपर्क किया जाता है, तो यह अधिक संभावना हो जाती है कि हिमस्खलन टूटने की घटना के दौरान परजीवी द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर बंद हो जाता है। इस वजह से, तलीय धारी संरचना का उपयोग करने वाले मॉसफेट s केवल अत्यधिक थर्मल तनाव के कारण हिमस्खलन टूटने के दौरान विफल हो सकते हैं।

पी-सब्सट्रेट ऊर्जा एमओएसएफईटी
एक पी-सब्सट्रेट एमओएसएफईटी (अक्सर पीएमओएस कहा जाता है) एक एमओएसएफईटी है जिसमें विपरीत डोपिंग प्रकार होते हैं (चित्र 1 में क्रॉस-सेक्शन में पी के बजाय एन और एन के बजाय पी)। यह मॉसफेट P के साथ P-प्रकार सब्सट्रेट का उपयोग करके बनाया गया है−एपिटैक्सी. जैसे ही चैनल एन-क्षेत्र में बैठता है, यह ट्रांजिस्टर एक नकारात्मक गेट टू सोर्स ऊर्जा द्वारा चालू हो जाता है। यह इसे हिरन कनवर्टर में वांछनीय बनाता है, जहां स्विच का एक टर्मिनल इनपुट ऊर्जा  के उच्च पक्ष से जुड़ा होता है: एन-एमओएसएफईटी के साथ, इस कॉन्फ़िगरेशन के लिए गेट पर बराबर ऊर्जा  लागू करने की आवश्यकता होती है $$V_{in} +V_{GS}$$, जबकि कोई ऊर्जा  खत्म नहीं हुआ $$V_{in}$$ P-मॉसफेट के साथ आवश्यक है।

इस प्रकार के मॉसफेट का मुख्य नुकसान खराब ऑन-स्टेट प्रदर्शन है, क्योंकि यह चार्ज वाहक के रूप में छेद का उपयोग करता है, जिसमें इलेक्ट्रॉनों की तुलना में बहुत कम इलेक्ट्रॉन गतिशीलता होती है। चूंकि विद्युत प्रतिरोधकता और चालकता सीधे गतिशीलता से संबंधित है, किसी दिए गए पीएमओएस डिवाइस में एक होगा $$R_{DSon}$$ समान आयाम वाले N-मॉसफेट से तीन गुना अधिक।

वीएमओएस
वीएमओएस संरचना में गेट क्षेत्र पर एक वी-ग्रूव है और इसका उपयोग पहले वाणिज्यिक उपकरणों के लिए किया गया था।

यूएमओएस
इस ऊर्जा  मॉसफेट संरचना में, जिसे ट्रेंच-एमओएस भी कहा जाता है, गेट इलेक्ट्रोड को सिलिकॉन में खोदी गई खाई में दफनाया जाता है। इसका परिणाम एक ऊर्ध्वाधर चैनल होता है। संरचना का मुख्य हित जेएफईटी प्रभाव की अनुपस्थिति है। संरचना का नाम खाई के यू-आकार से आता है।

सुपर-जंक्शन डीप-ट्रेंच तकनीक
विशेष रूप से 500 वी से अधिक ऊर्जा के लिए, कुछ निर्माताओं, जिनमें इसके CoolMOS उत्पादों के साथ Infineon Technologies शामिल हैं, ने चार्ज क्षतिपूर्ति सिद्धांत का उपयोग करना शुरू कर दिया है। इस तकनीक के साथ, एपिटैक्सियल परत का प्रतिरोध, जो उच्च-ऊर्जा  मॉसफेट  s के डिवाइस प्रतिरोध में सबसे बड़ा योगदानकर्ता (95% से अधिक) है, को 5 से अधिक के कारक से कम किया जा सकता है।

सुपर-जंक्शन एमओएसएफईटी की विनिर्माण दक्षता और विश्वसनीयता में सुधार करने की मांग करते हुए, रेनेसा विद्युतकीय    ने एक गहरी-ट्रेंच प्रक्रिया तकनीक के साथ एक सुपर-जंक्शन संरचना विकसित की। इस तकनीक में पी-प्रकार के क्षेत्र बनाने के लिए कम अशुद्धता वाले एन-प्रकार की सामग्री में खाइयां खोदना शामिल है। यह प्रक्रिया बहु-स्तरीय एपिटैक्सियल विकास दृष्टिकोण में निहित समस्याओं पर काबू पाती है और इसके परिणामस्वरूप बेहद कम प्रतिरोध और कम आंतरिक क्षमता होती है।

बढ़े हुए पी-एन जंक्शन क्षेत्र के कारण, एक सुपर-जंक्शन संरचना में पारंपरिक प्लानर ऊर्जा  मॉसफेट की तुलना में कम रिवर्स रिकवरी समय होता है, लेकिन बड़ा रिवर्स रिकवरी करंट होता है।

यह भी देखें

 * विद्युत रोधित गेट द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर
 * मॉसफेट
 * विद्युत  के  विद्युतकीय
 * ऊर्जा  सेमीकंडक्टर डिवाइस