मॉसफेट: Difference between revisions
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यह एनालॉग स्विच P या N प्रकार के चार-टर्मिनल सरल MOSFET का उपयोग करता है। | यह एनालॉग स्विच P या N प्रकार के चार-टर्मिनल सरल MOSFET का उपयोग करता है। | ||
N-टाइप स्विच के मामले में, शरीर सबसे नकारात्मक आपूर्ति (आमतौर पर जीएनडी) से जुड़ा होता है और गेट का उपयोग स्विच नियंत्रण के रूप में किया जाता है।जब भी गेट वोल्टेज स्रोत वोल्टेज से कम से कम एक | N-टाइप स्विच के मामले में, शरीर सबसे नकारात्मक आपूर्ति (आमतौर पर जीएनडी) से जुड़ा होता है और गेट का उपयोग स्विच नियंत्रण के रूप में किया जाता है।जब भी गेट वोल्टेज स्रोत वोल्टेज से कम से कम एक थ्रेशोल्ड वोल्टेज से अधिक हो जाता है, तो MOSFET का संचालन होता है। वोल्टेज जितना अधिक होगा, उतना ही MOSFET आचरण कर सकता है।एक N-MOS स्विच v से कम सभी वोल्टेज पास करता है ''V''<sub>gate</sub> − ''V''<sub>tn</sub>. जब स्विच का संचालन हो रहा है, तो यह आम तौर पर ऑपरेशन के रैखिक (या ओमिक) मोड में संचालित होता है, क्योंकि स्रोत और नाली वोल्टेज आमतौर पर लगभग बराबर होंगे। | ||
P-MOS, के मामले में, शरीर सबसे सकारात्मक वोल्टेज से जुड़ा होता है, और गेट को स्विच को चालू करने के लिए कम क्षमता पर लाया जाता है। P-MOS स्विच V से अधिक सभी वोल्टेज पास करता है ''V''<sub>gate</sub> − ''V''<sub>tp</sub> (थ्रेशोल्ड वोल्टेज ''V''<sub>tp</sub> एन्हांसमेंट-मोड P-MOS के मामले में नकारात्मक है)। | P-MOS, के मामले में, शरीर सबसे सकारात्मक वोल्टेज से जुड़ा होता है, और गेट को स्विच को चालू करने के लिए कम क्षमता पर लाया जाता है। P-MOS स्विच V से अधिक सभी वोल्टेज पास करता है ''V''<sub>gate</sub> − ''V''<sub>tp</sub> (थ्रेशोल्ड वोल्टेज ''V''<sub>tp</sub> एन्हांसमेंट-मोड P-MOS के मामले में नकारात्मक है)। | ||
==== डुअल-टाइप(CMOS) ==== | ==== डुअल-टाइप(CMOS) ==== | ||
यह पूरक या CMOS प्रकार का स्विच एकल-प्रकार के स्विच की सीमाओं का मुकाबला करने के लिए एक P-MOS और एक N-MOS FET का उपयोग करता है। FETs में उनके नालियां और स्रोत समानांतर में जुड़े होते हैं, P-MOS, का शरीर उच्च क्षमता से जुड़ा होता है (v)<sub>DD</sub> और N-MOS का शरीर कम क्षमता (gnd) से जुड़ा हुआ है।स्विच को चालू करने के लिए, P-MOS का गेट कम क्षमता के लिए संचालित होता है और N-MOS का गेट उच्च क्षमता के लिए संचालित होता है। वोल्टेज के लिए ''V''<sub>DD</sub> − ''V''<sub> | यह पूरक या CMOS प्रकार का स्विच एकल-प्रकार के स्विच की सीमाओं का मुकाबला करने के लिए एक P-MOS और एक N-MOS FET का उपयोग करता है। FETs में उनके नालियां और स्रोत समानांतर में जुड़े होते हैं, P-MOS, का शरीर उच्च क्षमता से जुड़ा होता है (v)<sub>DD</sub> और N-MOS का शरीर कम क्षमता (gnd) से जुड़ा हुआ है।स्विच को चालू करने के लिए, P-MOS का गेट कम क्षमता के लिए संचालित होता है और N-MOS का गेट उच्च क्षमता के लिए संचालित होता है। वोल्टेज के लिए ''V''<sub>DD</sub> − ''V''<sub>tp</sub> and ''gnd'' − ''V''<sub>tp</sub>, दोनों FETs सिग्नल का संचालन करते हैं; से कम वोल्टेज के लिए ''gnd'' − ''V''<sub>tp</sub>, N-MOS अकेले संचालन करता है;और V से अधिक वोल्टेज के लिए ''V''<sub>DD</sub> − ''V''<sub>tn</sub> , P-MOS अकेले संचालित करता है। | ||
इस स्विच के लिए वोल्टेज सीमाएं दोनों FET के लिए गेट-स्रोत, गेट-ड्रेन और स्रोत-सूत्र वोल्टेज सीमाएं हैं।इसके अलावा, P-MOS आमतौर पर N-MOS की तुलना में दो से तीन गुना चौड़ा होता है, इसलिए स्विच को दो दिशाओं में गति के लिए संतुलित किया जाएगा। | इस स्विच के लिए वोल्टेज सीमाएं दोनों FET के लिए गेट-स्रोत, गेट-ड्रेन और स्रोत-सूत्र वोल्टेज सीमाएं हैं।इसके अलावा, P-MOS आमतौर पर N-MOS की तुलना में दो से तीन गुना चौड़ा होता है, इसलिए स्विच को दो दिशाओं में गति के लिए संतुलित किया जाएगा। | ||
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गेट सामग्री के लिए प्राथमिक मानदंड यह है कि यह एक अच्छा [[ कंडक्टर (सामग्री) ]] है। अत्यधिक डोपेड [[ पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन ]] एक स्वीकार्य है, लेकिन निश्चित रूप से आदर्श कंडक्टर नहीं है, और मानक गेट सामग्री के रूप में इसकी भूमिका में कुछ और तकनीकी कमियों से भी ग्रस्त है। फिर भी, पॉलीसिलिकॉन के उपयोग के पक्ष में कई कारण हैं: | गेट सामग्री के लिए प्राथमिक मानदंड यह है कि यह एक अच्छा [[ कंडक्टर (सामग्री) ]] है। अत्यधिक डोपेड [[ पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन ]] एक स्वीकार्य है, लेकिन निश्चित रूप से आदर्श कंडक्टर नहीं है, और मानक गेट सामग्री के रूप में इसकी भूमिका में कुछ और तकनीकी कमियों से भी ग्रस्त है। फिर भी, पॉलीसिलिकॉन के उपयोग के पक्ष में कई कारण हैं: | ||
# [[ थ्रेसहोल्ड वोल्टेज ]] (और परिणामस्वरूप स्रोत पर स्रोत पर नाली) को गेट सामग्री और चैनल सामग्री के बीच कार्य समारोह अंतर द्वारा संशोधित किया जाता है। क्योंकि पॉलीसिलिकॉन एक अर्धचालक है, इसके कार्य समारोह को डोपिंग के प्रकार और स्तर को समायोजित करके संशोधित किया जा सकता है। इसके अलावा, क्योंकि पॉलीसिलिकॉन में अंतर्निहित सिलिकॉन चैनल के रूप में एक ही [[ बैंडगैप ]] होता है, यह NMOS और PMOS दोनों उपकरणों के लिए कम | # [[ थ्रेसहोल्ड वोल्टेज ]] (और परिणामस्वरूप स्रोत पर स्रोत पर नाली) को गेट सामग्री और चैनल सामग्री के बीच कार्य समारोह अंतर द्वारा संशोधित किया जाता है। क्योंकि पॉलीसिलिकॉन एक अर्धचालक है, इसके कार्य समारोह को डोपिंग के प्रकार और स्तर को समायोजित करके संशोधित किया जा सकता है। इसके अलावा, क्योंकि पॉलीसिलिकॉन में अंतर्निहित सिलिकॉन चैनल के रूप में एक ही [[ बैंडगैप ]] होता है, यह NMOS और PMOS दोनों उपकरणों के लिए कम थ्रेशोल्ड वोल्टेज प्राप्त करने के लिए कार्य समारोह को ट्यून करने के लिए काफी सीधा है। इसके विपरीत, धातुओं के कार्य कार्यों को आसानी से संशोधित नहीं किया जाता है, इसलिए कम थ्रेशोल्ड वोल्टेज (LVT) प्राप्त करने के लिए कार्य फ़ंक्शन को ट्यून करना एक महत्वपूर्ण चुनौती बन जाता है। इसके अतिरिक्त, PMOS और NMOS दोनों उपकरणों पर कम-दहलीज उपकरण प्राप्त करने के लिए कभी-कभी प्रत्येक डिवाइस प्रकार के लिए विभिन्न धातुओं के उपयोग की आवश्यकता होती है। | ||
# सिलिकॉन- | # सिलिकॉन- SiO<sub>2</sub> इंटरफ़ेस का अच्छी तरह से अध्ययन किया गया है और अपेक्षाकृत कम दोषों के लिए जाना जाता है। इसके विपरीत कई मेटल-इन्सुलेटर इंटरफेस में दोषों के महत्वपूर्ण स्तर होते हैं जो [[ फर्मी स्तर पिनिंग ]], चार्जिंग, या अन्य घटनाओं को जन्म दे सकते हैं जो अंततः डिवाइस के प्रदर्शन को नीचा दिखाते हैं। | ||
# MOSFET [[ फैब्रिकेशन (सेमीकंडक्टर) ]] प्रक्रिया में, बेहतर प्रदर्शन करने वाले ट्रांजिस्टर बनाने के लिए कुछ उच्च-तापमान चरणों से पहले गेट सामग्री को जमा करना बेहतर होता है। इस तरह के उच्च तापमान कदम कुछ धातुओं को पिघला देंगे, धातु के प्रकारों को सीमित करते हैं जिनका उपयोग धातु-गेट-आधारित प्रक्रिया में किया जा सकता है। | # MOSFET [[ फैब्रिकेशन (सेमीकंडक्टर) ]] प्रक्रिया में, बेहतर प्रदर्शन करने वाले ट्रांजिस्टर बनाने के लिए कुछ उच्च-तापमान चरणों से पहले गेट सामग्री को जमा करना बेहतर होता है। इस तरह के उच्च तापमान कदम कुछ धातुओं को पिघला देंगे, धातु के प्रकारों को सीमित करते हैं जिनका उपयोग धातु-गेट-आधारित प्रक्रिया में किया जा सकता है। | ||
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* पॉलीसिलिकॉन एक महान कंडक्टर नहीं है (धातुओं की तुलना में लगभग 1000 गुना अधिक प्रतिरोधक) जो सामग्री के माध्यम से संकेत प्रसार की गति को कम करता है। डोपिंग के स्तर को बढ़ाकर प्रतिरोधकता को कम किया जा सकता है, लेकिन यहां तक कि अत्यधिक डोपेड पॉलीसिलिकॉन भी अधिकांश धातुओं की तरह प्रवाहकीय नहीं है। चालकता में सुधार करने के लिए, कभी-कभी एक उच्च तापमान वाली धातु जैसे कि [[ टंगस्टन ]], [[ टाइटेनियम ]], [[ कोबाल्ट ]], और हाल ही में निकेल को पॉलीसिलिकॉन की शीर्ष परतों के साथ मिश्र धातु दी जाती है। इस तरह की मिश्रित सामग्री को सिलाइड कहा जाता है। सिलाइड-पॉलीसिलिकॉन संयोजन में अकेले पॉलीसिलिकॉन की तुलना में बेहतर विद्युत गुण होते हैं और अभी भी बाद के प्रसंस्करण में पिघल नहीं जाते हैं। इसके अलावा दहलीज वोल्टेज अकेले पॉलीसिलिकॉन की तुलना में काफी अधिक नहीं है, क्योंकि सिलाइड सामग्री चैनल के पास नहीं है। जिस प्रक्रिया में गेट इलेक्ट्रोड और स्रोत और नाली क्षेत्रों दोनों पर सिलाइड का गठन किया जाता है, उसे कभी-कभी [[ सैलिसाइड ]], स्व-संरेखित सिलाइड कहा जाता है। | * पॉलीसिलिकॉन एक महान कंडक्टर नहीं है (धातुओं की तुलना में लगभग 1000 गुना अधिक प्रतिरोधक) जो सामग्री के माध्यम से संकेत प्रसार की गति को कम करता है। डोपिंग के स्तर को बढ़ाकर प्रतिरोधकता को कम किया जा सकता है, लेकिन यहां तक कि अत्यधिक डोपेड पॉलीसिलिकॉन भी अधिकांश धातुओं की तरह प्रवाहकीय नहीं है। चालकता में सुधार करने के लिए, कभी-कभी एक उच्च तापमान वाली धातु जैसे कि [[ टंगस्टन ]], [[ टाइटेनियम ]], [[ कोबाल्ट ]], और हाल ही में निकेल को पॉलीसिलिकॉन की शीर्ष परतों के साथ मिश्र धातु दी जाती है। इस तरह की मिश्रित सामग्री को सिलाइड कहा जाता है। सिलाइड-पॉलीसिलिकॉन संयोजन में अकेले पॉलीसिलिकॉन की तुलना में बेहतर विद्युत गुण होते हैं और अभी भी बाद के प्रसंस्करण में पिघल नहीं जाते हैं। इसके अलावा दहलीज वोल्टेज अकेले पॉलीसिलिकॉन की तुलना में काफी अधिक नहीं है, क्योंकि सिलाइड सामग्री चैनल के पास नहीं है। जिस प्रक्रिया में गेट इलेक्ट्रोड और स्रोत और नाली क्षेत्रों दोनों पर सिलाइड का गठन किया जाता है, उसे कभी-कभी [[ सैलिसाइड ]], स्व-संरेखित सिलाइड कहा जाता है। | ||
* जब ट्रांजिस्टर को बेहद स्केल किया जाता है, तो गेट ढांकता हुआ परत को बहुत पतली बनाना आवश्यक होता है, अत्याधुनिक प्रौद्योगिकियों में 1 | * जब ट्रांजिस्टर को बेहद स्केल किया जाता है, तो गेट ढांकता हुआ परत को बहुत पतली बनाना आवश्यक होता है, अत्याधुनिक प्रौद्योगिकियों में 1 NM है । यहां देखी गई एक घटना तथाकथित पाली की कमी का प्रभाव है, जहां ट्रांजिस्टर इनवर्जन में होने पर गेट ढांकता हुआ गेट के ढांकता हुआ के बगल में गेट पॉलीसिलिकॉन परत में एक कमी परत बनाई जाती है। इस समस्या से बचने के लिए, एक धातु गेट वांछित है। विभिन्न प्रकार के धातु के द्वार जैसे कि [[ टैंटलम ]], टंगस्टन, [[ टैंटलम नाइट्राइड ]], और [[ टाइटेनियम नाइट्राइड ]] का उपयोग किया जाता है, आमतौर पर उच्च-k परावैद्युतिकी के साथ संयोजन में। एक विकल्प पूरी तरह से सिलिकेटेड पॉलीसिलिकन गेट्स का उपयोग करना है, जिसे फुस्सी के रूप में जाना जाता है। | ||
वर्तमान उच्च प्रदर्शन सीपीयू धातु गेट प्रौद्योगिकी का उपयोग करते हैं, साथ में उच्च- | वर्तमान उच्च प्रदर्शन सीपीयू धातु गेट प्रौद्योगिकी का उपयोग करते हैं, साथ में उच्च-k परावैद्युतिकी, एक संयोजन जिसे हाई-, मेटल गेट (HKMG) के रूप में जाना जाता है। धातु के फाटकों के नुकसान कुछ तकनीकों से दूर हो जाते हैं:<ref>{{cite web|archive-url=https://web.archive.org/web/20100919004000/http://www.revera.com/VeraFlex/hkmg_approaches.htm|archive-date=19 September 2010|url= http://www.revera.com/VeraFlex/hkmg_approaches.htm|title=ReVera's FinFET Control|website=revera.com}}</ref> | ||
# थ्रेसहोल्ड वोल्टेज को उच्च- | # थ्रेसहोल्ड वोल्टेज को उच्च-k परावैद्युतिकी और मुख्य धातु के बीच एक पतली कार्य फ़ंक्शन धातु परत को शामिल करके ट्यून किया जाता है।यह परत काफी पतली है कि गेट का कुल कार्य कार्य मुख्य धातु और पतली धातु कार्य कार्यों (या तो एनीलिंग के दौरान मिश्र धातु के कारण, या केवल पतली धातु द्वारा अपूर्ण स्क्रीनिंग के कारण) से प्रभावित होता है। इस प्रकार थ्रेसहोल्ड वोल्टेज को पतली धातु की परत की मोटाई से ट्यून किया जा सकता है। | ||
# उच्च- | # उच्च-k परावैद्युतिकी (डाइलेक्ट्रिक्स) का अब अच्छी तरह से अध्ययन किया जाता है, और उनके दोषों को समझा जाता है। | ||
# HKMG प्रक्रियाएं मौजूद हैं जिन्हें उच्च तापमान की एनील का अनुभव करने के लिए धातुओं की आवश्यकता नहीं है;अन्य प्रक्रियाएं उन धातुओं का चयन करती हैं जो एनीलिंग स्टेप से बच सकती हैं। | # HKMG प्रक्रियाएं मौजूद हैं जिन्हें उच्च तापमान की एनील का अनुभव करने के लिए धातुओं की आवश्यकता नहीं है; अन्य प्रक्रियाएं उन धातुओं का चयन करती हैं जो एनीलिंग स्टेप से बच सकती हैं। | ||
=== इन्सुलेटर === | === इन्सुलेटर === | ||
चूंकि उपकरणों को छोटे बना दिया जाता है, इन्सुलेटिंग परतों को पतली बनाई जाती है, अक्सर [[ थर्मल ऑक्सीकरण ]] या सिलिकॉन ([[ लोको ]]स) के स्थानीयकृत ऑक्सीकरण के चरणों के माध्यम से।नैनो-स्केल डिवाइसों के लिए, चैनल से गेट इलेक्ट्रोड तक इन्सुलेटर के माध्यम से वाहक के कुछ बिंदु [[ क्वांटम टनलिंग ]] पर होता | चूंकि उपकरणों को छोटे बना दिया जाता है, इन्सुलेटिंग परतों को पतली बनाई जाती है, अक्सर [[ थर्मल ऑक्सीकरण ]] या सिलिकॉन ([[ लोको ]]स) के स्थानीयकृत ऑक्सीकरण के चरणों के माध्यम से।नैनो-स्केल डिवाइसों के लिए, चैनल से गेट इलेक्ट्रोड तक इन्सुलेटर के माध्यम से वाहक के कुछ बिंदु [[ क्वांटम टनलिंग ]] पर होता है। परिणामी [[ रिसाव (अर्धचालक) ]] वर्तमान को कम करने के लिए, एक उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक वाली सामग्री का चयन करके इन्सुलेटर को पतला बनाया जा सकता है।यह देखने के लिए कि मोटाई और ढांकता हुआ स्थिरांक संबंधित हैं, ध्यान दें कि गॉस का नियम क्षेत्र को चार्ज करने के लिए जोड़ता है: | ||
: <math>Q = \kappa \epsilon_0 E, </math> | : <math>Q = \kappa \epsilon_0 E, </math> | ||
q = चार्ज घनत्व के साथ, κ = | q = चार्ज घनत्व के साथ, κ = परावैद्युतिकी स्थिरांक, ε<sub>0</sub> = खाली जगह की पारगम्यता और E = विद्युत क्षेत्र की पारगम्यता।इस कानून से ऐसा प्रतीत होता है कि चैनल में एक ही शुल्क को बनाए रखा जा सकता है, बशर्ते एक निचले क्षेत्र में κ को बढ़ाया जाता है।गेट पर वोल्टेज द्वारा दिया गया है: | ||
: <math>V_\text{G} = V_\text{ch} + E\, t_\text{ins} = V_\text{ch} + \frac{Q t_\text{ins}}{\kappa \epsilon_0}, </math> | : <math>V_\text{G} = V_\text{ch} + E\, t_\text{ins} = V_\text{ch} + \frac{Q t_\text{ins}}{\kappa \epsilon_0}, </math> | ||
''V''<sub>G</sub> = गेट वोल्टेज, V<sub>ch</sub> = इन्सुलेटर के चैनल पक्ष में वोल्टेज, और t<sub>ins</sub> = इन्सुलेटर मोटाई। इस समीकरण से पता चलता है कि जब इंसुलेटर की मोटाई बढ़ती है, तो गेट वोल्टेज नहीं बढ़ेगा, बशर्ते K रखने के लिए बढ़ जाए t<sub>ins</sub> / κ = स्थिर (अधिक विस्तार के लिए उच्च-परावैद्युतिकी (डाइलेक्ट्रिक्स) पर लेख देखें, और इस लेख में गेट-ऑक्साइड ( रिसाव (लीकेज) पर इस लेख में ऊपर सीधे स्थित है। | |||
एक MOSFET में इन्सुलेटर | एक MOSFET में इन्सुलेटर परावैद्युतिकी (डाइलेक्ट्रिक्स) है जो किसी भी घटना में सिलिकॉन ऑक्साइड हो सकता है, जो [[ लोको ]] द्वारा गठित किया जाता है लेकिन कई अन्य ढांकता हुआ सामग्री कार्यरत हैं। परावैद्युतिकी (डाइलेक्ट्रिक्स) के लिए सामान्य शब्द गेट है क्योंकि परावैद्युतिकी (डाइलेक्ट्रिक्स) गेट इलेक्ट्रोड के नीचे और MOSFET के चैनल के ऊपर सीधे स्थित है। | ||
=== जंक्शन डिजाइन === | === जंक्शन डिजाइन === | ||
Revision as of 22:38, 29 August 2022
मेटल-ऑक्साइड-सेमिकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (MOSFET, MOS-FET, या MOS FET) एक प्रकार का फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (FET) है, जो आमतौर पर सिलिकॉन के थर्मल ऑक्सीकरण द्वारा निर्मित होता है। इसमें एक अछूता गेट है, जिसका वोल्टेज डिवाइस की चालकता को निर्धारित करता है। लागू वोल्टेज की मात्रा के साथ चालकता को बदलने की इस क्षमता का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक सिग्नल (इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग) को बढ़ाने या स्विच करने के लिए किया जा सकता है। एक मेटल-इंसुलेटर-सेमिकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर या मिसफेट एक शब्द है जो लगभग MOSFET का पर्यायवाची है।एक अन्य पर्यायवाची अछूता-गेट फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर के लिए IGFET है।
फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर के मूल सिद्धांत को पहली बार जूलियस एडगर लिलिएनफेल्ड द्वारा 1925 में पेटेंट कराया गया था।[1]
एक MOSFET का मुख्य लाभ यह है कि द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर (द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर/BJTS) के साथ तुलना करने पर लोड प्रवाह (करंट) को नियंत्रित करने के लिए कोई निवेश (इनपुट) करंट की आवश्यकता होती है।एक वृद्धि (एन्हांसमेंट) मोड MOSFET में, गेट टर्मिनल पर लागू वोल्टेज डिवाइस की चालकता को बढ़ाता है।रिक्तीकरण मोड ट्रांजिस्टर में, गेट पर लागू वोल्टेज चालकता को कम करता है।[2] MOSFET नाम में धातु कभी -कभी एक मिथ्या नाम होता है, क्योंकि गेट सामग्री पॉलीसिलिकॉन (पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन) की एक परत हो सकती है। इसी तरह, नाम में ऑक्साइड एक मिथ्या नाम भी हो सकता है, क्योंकि विभिन्न ढांकता हुआ सामग्री का उपयोग छोटे लागू वोल्टेज के साथ मजबूत चैनलों को प्राप्त करने के उद्देश्य से किया जाता है।
MOSFET अब तक डिजिटल सर्किट सर्किट में सबसे आम ट्रांजिस्टर है, क्योंकि अरबों को मेमोरी चिप या माइक्रोप्रोसेसर में शामिल किया जा सकता है। चूंकि MOSFETS या तो P- प्रकार या N- प्रकार के अर्धचालक के साथ बनाया जा सकता है, इसलिए MOS ट्रांजिस्टर के पूरक जोड़े का उपयोग CMOS लॉजिक के रूप में बहुत कम बिजली की खपत के साथ स्विचिंग सर्किट बनाने के लिए किया जा सकता है।
इतिहास
इस तरह के ट्रांजिस्टर के मूल सिद्धांत को पहली बार जूलियस एडगर लिलिएनफेल्ड द्वारा 1925 में पेटेंट कराया गया था।[1]
एमओएस (MOS) ट्रांजिस्टर से मिलता -जुलता संरचना बेल वैज्ञानिकों विलियम शॉक्ले , जॉन बार्डीन और वाल्टर हाउसर ब्रेटेन द्वारा प्रस्तावित की गई थी, उनकी जांच के दौरान ट्रांजिस्टर प्रभाव की खोज हुई। सतह की स्थिति की समस्या के कारण संरचना प्रत्याशित प्रभावों को दिखाने में विफल रही: अर्धचालक पर ट्रैप सतह जो इलेक्ट्रॉनों को स्थिर रखती है। 1955 में कार्ल फ्रॉश और एल. डेरिक ने गलती से सिलिकॉन वेफर के ऊपर सिलिकॉन डाइऑक्साइड की एक परत विकसित की। आगे के शोध से पता चला कि सिलिकॉन डाइऑक्साइड अपमिश्रक (डोपेंट्स) को सिलिकॉन वेफर में फैलने से रोक सकता है। इस काम पर निर्माण मोहम्मद एम. अताला ने दिखाया कि सिलिकॉन डाइऑक्साइड सतह राज्यों के एक महत्वपूर्ण वर्ग की समस्या को हल करने में बहुत प्रभावी है।
इसके बाद अताला और डावोन कहंग ने एक उपकरण का प्रदर्शन किया, जिसमें एक आधुनिक MOS ट्रांजिस्टर की संरचना थी। उपकरण (डिवाइस) के पीछे के सिद्धांत वैसा ही थे, जिन्हें बार्डीन, शॉक्ले और ब्रेटन ने एक सतह क्षेत्र-प्रभाव उपकरण (डिवाइस) बनाने के अपने असफल प्रयास में आजमाया था।
यह उपकरण समकालीन द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर की तुलना में लगभग 100 गुना धीमा था और शुरू में अधीन के रूप में देखा गया था। फिर भी कहंग ने डिवाइस के कई फायदे, विशेष रूप से निर्माण में आसानी और एकीकृत सर्किट में इसके अनुप्रयोग को इंगित किया।[3]
रचना
आमतौर पर पसंद का अर्धचालक सिलिकॉन होता है। हाल ही में, कुछ चिप निर्माताओं, सबसे विशेष रूप से आईबीएम और इंटेल , ने MOSFET चैनलों में सिलिकॉन और जर्मेनियम ( सिलिकॉन-जर्मेनियम ) के मिश्र धातु का उपयोग करना शुरू कर दिया है। दुर्भाग्य से, सिलिकॉन की तुलना में बेहतर विद्युत गुणों के साथ कई अर्धचालक, जैसे कि गैलियम आर्सेनाइड , अच्छे अर्धचालक-से-इन्सुलेटर इंटरफेस का निर्माण नहीं करते हैं, और इस प्रकार MOSFETs के लिए उपयुक्त नहीं हैं।अनुसंधान जारी है[when?] अन्य अर्धचालक सामग्रियों पर स्वीकार्य विद्युत विशेषताओं के साथ इंसुलेटर बनाने पर।
गेट करंट रिसाव के कारण बिजली की खपत में वृद्धि को दूर करने के लिए, गेट इन्सुलेटर के लिए सिलिकॉन डाइऑक्साइड के बजाय एक उच्च-k अचालक (डाइइलैक्ट्रिक) का उपयोग किया जाता है, जबकि पॉलीसिलिकॉन को मेटल गेट्स (जैसे इंटेल , 2009 द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है)[4])
गेट को चैनल से एक पतली इन्सुलेट परत, पारंपरिक रूप से सिलिकॉन डाइऑक्साइड और बाद में सिलिकॉन ऑक्सिनिट्राइड द्वारा अलग किया जाता है।कुछ कंपनियों ने 45 नैनोमीटर नोड में एक उच्च- κ अचालक (डाइइलैक्ट्रिक) और धातु गेट संयोजन पेश करना शुरू कर दिया है।
जब गेट और बॉडी टर्मिनलों के बीच एक वोल्टेज लागू किया जाता है, तो उत्पन्न विद्युत क्षेत्र ऑक्साइड के माध्यम से प्रवेश करता है और सेमीकंडक्टर-इन्सुलेटर इंटरफ़ेस में एक उलटा परत या चैनल बनाता है। उलटा परत एक चैनल प्रदान करती है जिसके माध्यम से वर्तमान स्रोत और नाली टर्मिनलों के बीच गुजर सकता है। गेट और शरीर के बीच वोल्टेज को अलग करना इस परत की विद्यु त चालकता को नियंत्रित करता है और इस तरह नाली और स्रोत के बीच वर्तमान प्रवाह को नियंत्रित करता है।इसे वृद्धि (एन्हांसमेंट) मोड के रूप में जाना जाता है।
ऑपरेशन
धातु-ऑक्साइड-सेमिकंडक्टर(अर्धचालक) संरचना
पारंपरिक धातु-ऑक्साइड-सेमिकंडक्टर (MOS) संरचना सिलिकॉन डाइऑक्साइड की एक परत को बढ़ाकर प्राप्त की जाती है (SiO
2) एक सिलिकॉन सब्सट्रेट के शीर्ष पर, आमतौर पर थर्मल ऑक्सीकरण द्वारा और धातु या पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन की एक परत जमा करना (बाद वाला आमतौर पर उपयोग किया जाता है)।जैसा कि सिलिकॉन डाइऑक्साइड एक ढांकता हुआ सामग्री है, इसकी संरचना एक प्लानर संधारित्र के बराबर है, जिसमें एक अर्धचालक द्वारा प्रतिस्थापित इलेक्ट्रोड में से एक है।
जब वोल्टेज एक MOS संरचना में लागू किया जाता है, तो यह अर्धचालक में शुल्क के वितरण को संशोधित करता है। यदि हम एक p-प्रकार सेमीकंडक्टर पर विचार करते हैं) स्वीकर्ता का घनत्व (अर्धचालक), p छेद का घनत्व; p = NA तटस्थ थोक में), एक सकारात्मक वोल्टेज, , गेट से बॉडी तक (चित्र देखें) गेट-इन्सुलेटर/सेमीकंडक्टर इंटरफ़ेस से सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए छेदों को मजबूर करके एक कमी परत बनाता है, जिससे इमोबाइल के एक वाहक-मुक्त क्षेत्र को उजागर किया जाता है, नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए स्वीकर्ता आयनों (डोपिंग (सेमीकंडक्टर) (अर्धचालक) देखें))।यदि पर्याप्त है, नकारात्मक चार्ज वाहक की एक उच्च एकाग्रता एक उलटा परत में बनती है जो अर्धचालक और इन्सुलेटर के बीच इंटरफ़ेस के बगल में एक पतली परत में स्थित है।
परंपरागत रूप से, गेट वोल्टेज जिस पर उलटा परत में इलेक्ट्रॉनों का मात्रा घनत्व होता है, वह शरीर में छेद के आयतन घनत्व के समान होता है, जिसे थ्रेशोल्ड वोल्टेज कहा जाता है। जब ट्रांजिस्टर गेट और स्रोत के बीच वोल्टेज (v)GS थ्रेशोल्ड वोल्टेज से अधिक है (v)th , अंतर को ओवरड्राइव वोल्टेज के रूप में जाना जाता है।
p-टाइप बॉडी के साथ यह संरचना n-टाइप एमओएसएफईटी का आधार है, जिसके लिए n-टाइप स्रोत और नाली क्षेत्रों को जोड़ने की आवश्यकता होती है।
MOS संधारित्र (कैपेसिटर) और बैंड आरेख
 | This section does not cite any sources. (January 2019) (Learn how and when to remove this template message) |
एमओएस (MOS) संधारित्र संरचना MOSFET का दिल है। एक एमओएस (MOS) संधारित्र पर विचार करें जहां सिलिकॉनआधार (बेस ) p-टाइप का है। यदि गेट पर एक सकारात्मक वोल्टेज लागू किया जाता है, तो छेद जो p-टाइप सब्सट्रेट की सतह पर होते हैं, उन्हें लागू वोल्टेज द्वारा उत्पन्न विद्युत क्षेत्र द्वारा निरस्त कर दिया जाएगा। सबसे पहले, छेदों को बस हटा दिया जाएगा और सतह पर जो रहेगा वह स्वीकर्ता प्रकार के परमाणु (नकारात्मक) परमाणु होगा, जो सतह पर एक कमी क्षेत्र बनाता है। याद रखें कि एक छेद एक स्वीकर्ता परमाणु द्वारा बनाया गया है, उदाहरण- बोरान, जिसमें सिलिकॉन की तुलना में एक कम इलेक्ट्रॉन है। कोई यह पूछ सकता है कि यदि वे वास्तव में गैर-संस्थाएं (एंटिलिटीज) हैं तो छेद को कैसे हटा दिया जा सकता है? इसका