मॉसफेट: Difference between revisions

एक मॉसफेट एक शरीर के इलेक्ट्रोड और शरीर के ऊपर स्थित एक गेट इलेक्ट्रोड के बीच एक MOS धारिता ( कैपेसिटेंस ) द्वारा चार्ज एकाग्रता के स्वर-सामंजस्य ( मॉड्यूलेशन ) पर आधारित है और गेट ढांकता हुआ परत द्वारा अन्य सभी डिवाइस क्षेत्रों से अछूता है। यदि ऑक्साइड के अलावा अन्य डाइलेक्ट्रिक्स नियोजित हैं, तो उपकरण को मेटल-इंसुलेटर-सेमिकंडक्टर  FET (MISFET) के रूप में संदर्भित किया जा सकता है। MOS संधारित्र की तुलना में,  मॉसफेट में दो अतिरिक्त टर्मिनल (स्रोत और पलायन ) शामिल हैं, जिनमें से प्रत्येक व्यक्तिगत उच्च डोपेड क्षेत्रों से जुड़ा है जो शरीर के क्षेत्र द्वारा अलग किए जाते हैं। ये क्षेत्र या तो p या n प्रकार हो सकते हैं, लेकिन वे दोनों एक ही प्रकार के होने चाहिए, और शरीर क्षेत्र के विपरीत प्रकार के। स्रोत और ड्रेन (पलायन) को डोपिंग के प्रकार के बाद a  "+" साइन द्वारा हस्ताक्षरित के रूप में अत्यधिक डोप किया जाता है।

! nमॉसफेटT

! pमॉसफेटT

! rowspan=2 | द्वार

! colspan=2 | Well type

! colspan=2 | Threshold voltage, ''V''{{sub|th}}

! colspan=2 | Band-bending

! colspan=2 | Inversion layer carriers

! colspan=2 | Substrate type

एक MOSFET के संचालन को टर्मिनलों पर वोल्टेज के आधार पर, तीन अलग-अलग मोड में अलग किया जा सकता है। निम्नलिखित चर्चा में, एक सरलीकृत बीजीय मॉडल का उपयोग किया जाता है।<ref name="Hodges">{{cite journal|first1=H.|last1= Shichman  |first2=D. A.|last2=Hodges  |name-list-style=amp |title=Modeling and simulation of insulated-gate field-effect transistor switching circuits |journal=IEEE Journal of Solid-State Circuits |volume=SC-3 |issue=3 |pages=285–289 |year=1968 |doi=10.1109/JSSC.1968.1049902 |url=https://ieeexplore.ieee.org/document/1049902 |url-status=dead |archiveurl=https://web.archive.org/web/20130610140024/http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?arnumber=1049902 |archivedate=June 10, 2013 }}</ref> आधुनिक MOSFET विशेषताएं यहां प्रस्तुत बीजगणितीय मॉडल की तुलना में अधिक जटिल हैं।<ref name="Hu">For example, see {{cite book

एन्हांसमेंट-मोड  n-चैनल MOSFET के लिए,  तीन ऑपरेशनल मोड हैं:

कुछ माइक्रोपॉवर एनालॉग सर्किट को सबथ्रेशोल्ड चालन का लाभ उठाने के लिए डिज़ाइन किया गया है।<ref name="Smith-Hamilton">{{cite book | first1 = Leslie S.|last1=Smith |first2=Alister|last2=Hamilton | title=Neuromorphic Systems: Engineering Silicon from Neurobiology | year = 1998 | pages=52–56 | publisher=World Scientific | isbn = 978-981-02-3377-8 | url=https://books.google.com/books?id=kWSXEHyQL9sC&pg=PA55 }}</ref><ref name="Kumar">{{cite book | first = Satish|last=Kumar | title = Neural Networks: A Classroom Approach | year = 2004 | page=688 | publisher=Tata McGraw-Hill | isbn = 978-0-07-048292-0 | url=https://books.google.com/books?id=GJQh-2p6TvgC&pg=PA688 }}</ref><ref name="Conference">{{cite book | first1 = Manfred|last1=Glesner |first2=Peter|last2=Zipf |first3=Michel|last3=Renovell | title=Field-programmable Logic and Applications: 12th International Conference | year = 2002 | page= 425 | location=Dordrecht | publisher = Springer | isbn=978-3-540-44108-3 | url = https://books.google.com/books?id=fneXs6IY2-oC&pg=PA425}}</ref> कमजोर-उलटा क्षेत्र में काम करके, इन सर्किटों में MOSFETS उच्चतम संभव ट्रांसकॉन्डक्टेंस-टू-वर्तमान अनुपात प्रदान करते हैं, अर्थात्: <math>g_m/I_\text{D} = 1/\left(nV_\text{T}\right)</math>, लगभग एक द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर का।<ref>{{cite book | title = Circuits and systems tutorials | chapter = The Fundamentals of Analog Micropower Design | editor1-first = Chris|editor1-last=Toumazou |editor2-first=Nicholas C.|editor2-last=Battersby |editor3-first=Sonia|editor3-last=Porta | first= Eric A.|last=Vittoz | publisher = John Wiley and Sons | year = 1996 | isbn = 978-0-7803-1170-1 | pages = 365–372 | chapter-url = https://books.google.com/books?id=WTInL9njOKAC&pg=PA367 }}</ref>                                                                                                                                                                                                                                               

ट्रांजिस्टर को चालू किया जाता है, और एक चैनल बनाया गया है जो नाली और स्रोत के बीच वर्तमान की अनुमति देता है। MOSFET एक अवरोधक की तरह संचालित होता है, जो स्रोत और नाली वोल्टेज दोनों के सापेक्ष गेट वोल्टेज द्वारा नियंत्रित होता है।नाली से स्रोत तक वर्तमान के रूप में मॉडल किया गया है:

अतिरिक्त कारक जिसमें λ, चैनल-लंबाई मॉड्यूलेशन पैरामीटर शामिल हैं, [[ प्रारंभिक प्रभाव ]], या चैनल की लंबाई मॉड्यूलेशन के कारण नाली वोल्टेज पर वर्तमान निर्भरता मॉडल।इस समीकरण के अनुसार, एक प्रमुख डिजाइन पैरामीटर, MOSFET ट्रांसकॉन्डक्शन है:

थोक (बल्क) या बॉडी कनेक्शन, यदि दिखाया गया है, तो पीएमओ या एनएमओ को इंगित करने वाले तीर के साथ चैनल के पीछे से जुड़ा हुआ दिखाया गया है। तीर हमेशा p से n तक इंगित करते हैं, इसलिए एनएमओएस (p-वेल या p-सब्सट्रेट में n-चैनल ) में तीर (थोक से चैनल तक) की ओर इशारा करता है। यदि थोक (बल्क) स्रोत से जुड़ा होता है (जैसा कि आमतौर पर असतत उपकरणों के साथ होता है) तो कभी -कभी यह ट्रांजिस्टर छोड़ने वाले स्रोत के साथ मिलने के लिए कोण होता है। यदि बल्क को नहीं दिखाया गया है (जैसा कि अक्सर आईसी डिजाइन में होता है क्योंकि वे आम तौर पर सामान्य थोक होते हैं) एक उलटा प्रतीक का उपयोग कभी -कभी पीएमओ (PMOS) को इंगित करने के लिए किया जाता है, वैकल्पिक रूप से स्रोत पर एक तीर का उपयोग उसी तरह से किया जा सकता है जैसे कि द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के लिए ( NMOS के लिए, PMOS के लिए)।

[[ JFET ]] प्रतीकों के साथ वृद्धि-मोड और घटाव-मोड MOSFET प्रतीकों की तुलना। प्रतीकों का उन्मुखीकरण, (सबसे महत्वपूर्ण रूप से नाली के सापेक्ष स्रोत की स्थिति) ऐसी है कि अधिक सकारात्मक वोल्टेज पृष्ठ पर कम सकारात्मक वोल्टेज की तुलना में अधिक दिखाई देते हैं, जो कि पृष्ठ के नीचे प्रवाहित वर्तमान प्रवाहित होता है:<ref>{{cite web|archive-url=https://web.archive.org/web/20141013185140/http://www.circuitstoday.com/electronic-circuit-symbols|archive-date=13 October 2014|url= http://www.circuitstoday.com/electronic-circuit-symbols|title=Electronic Circuit Symbols|website=circuitstoday.com|date=9 November 2011}}</ref><ref>{{citation|title=IEEE Std 315-1975&nbsp;— Graphic Symbols for Electrical and Electronics Diagrams (Including Reference Designation Letters)}}</ref><ref>{{cite book|url=http://highered.mcgraw-hill.com/sites/dl/free/0073191639/366537/Chapter_4.pdf#page=19|title=Microelectronic Circuit Design|first1=Richard C.|last1=Jaeger|first2=Travis N.|last2=Blalock|chapter=Figure 4.15 IEEE Standard MOS transistor circuit symbols}}</ref>

योजनाबद्धता ( स्कैमैटिक्स ) में जहां G, S, D को लेबल नहीं किया जाता है, प्रतीक की विस्तृत विशेषताएं इंगित करती हैं कि कौन सा टर्मिनल स्रोत है और कौन सा नाली है। वृद्धि-मोड ( एन्हांसमेंट-मोड ) और  कमी-मोड (डेप्लेशन-मोड )MOSFET प्रतीकों ( कॉलम दो और पांच में ) के लिए, स्रोत टर्मिनल त्रिभुज से जुड़ा हुआ है। इसके अतिरिक्त, इस आरेख में, गेट को एक L आकार के रूप में दिखाया गया है, जिसका इनपुट लेग D की तुलना में S के करीब है, यह भी दर्शाता है कि कौन सा है। हालांकि, इन प्रतीकों को अक्सर एक T आकार के गेट (इस पृष्ठ पर कहीं और) के साथ खींचा जाता है, इसलिए यह त्रिकोण है जिसे स्रोत टर्मिनल को इंगित करने के लिए भरोसा किया जाना चाहिए।

उन प्रतीकों के लिए जिनमें बल्क, या बॉडी, टर्मिनल दिखाया गया है, यह यहां आंतरिक रूप से स्रोत से जुड़ा हुआ है ( यानी, कॉलम 2 और 5 में आरेखों में काले त्रिकोण )। यह एक विशिष्ट कॉन्फ़िगरेशन है, लेकिन किसी भी तरह से केवल महत्वपूर्ण कॉन्फ़िगरेशन नहीं है। सामान्य तौर पर, MOSFET एक चार-टर्मिनल डिवाइस है, और एकीकृत सर्किट में कई MOSFETs एक बॉडी कनेक्शन साझा करते हैं, जरूरी नहीं कि सभी ट्रांजिस्टर के स्रोत टर्मिनलों से जुड़े हों।

डिजिटल एकीकृत सर्किट जैसे कि [[ माइक्रोप्रोसेसर ]] और मेमोरी डिवाइस में प्रत्येक डिवाइस पर हजारों से लाखों एकीकृत MOSFET ट्रांजिस्टर होते हैं, जो तर्क गेट्स और डेटा स्टोरेज को लागू करने के लिए आवश्यक बुनियादी स्विचिंग फ़ंक्शन प्रदान करते हैं।असतत उपकरणों का उपयोग स्विच मोड पावर सप्लाई, [[ वेरिएबल-फ्रीक्वेंसी ड्राइव ]] और अन्य [[ पावर इलेक्ट्रॉनिक्स ]] एप्लिकेशन जैसे अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से किया जाता है, जहां प्रत्येक डिवाइस हजारों वाट स्विच कर सकता है।[[ यूएचएफ ]] स्पेक्ट्रम तक रेडियो-फ्रीक्वेंसी एम्पलीफायरों ने एनालॉग सिग्नल और पावर एम्पलीफायरों के रूप में MOSFET ट्रांजिस्टर का उपयोग किया।रेडियो सिस्टम आवृत्तियों को परिवर्तित करने के लिए ऑसिलेटर, या [[ आवृत्ति मिक्सर ]] के रूप में MOSFETs का भी उपयोग करते हैं।MOSFET डिवाइस सार्वजनिक पते सिस्टम, [[ ध्वनि सुदृढीकरण ]] और घर और ऑटोमोबाइल ध्वनि प्रणाली के लिए ऑडियो-फ़्रीक्वेंसी पावर एम्पलीफायरों में भी लागू होते हैं{{citation needed |date=December 2015}}

स्वच्छ कमरों के विकास के बाद संदूषण को कम करने के लिए स्तरों को कम करने से पहले कभी नहीं सोचा गया था, और [[ फोटोलिथोग्राफी ]] का<ref>{{ cite web | url = http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1955-Photolithography.html  | title = Computer History Museum&nbsp;– The Silicon Engine &#124; 1955&nbsp;– Photolithography Techniques Are Used to Make Silicon Devices | publisher = Computerhistory.org | accessdate = 2012-06-02 }}</ref> और बहुत कम चरणों में सर्किट बनाने की अनुमति देने के लिए [[ प्लानर प्रक्रिया ]], Si–SiO₂ सिस्टम में उत्पादन की कम लागत (प्रति सर्किट आधार पर) और एकीकरण में आसानी के तकनीकी आकर्षण थे।इन दो कारकों के कारण, MOSFET IET में सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला ट्रांजिस्टर बन गया है।

इसके अतिरिक्त, एक उच्च/निम्न स्विच में दो पूरक MOSFETs ( P-चैनल और N-चैनल ) को युग्मित करने की विधि, जिसे सीएमओएस ( CMOS )के रूप में जाना जाता है, का मतलब है कि डिजिटल सर्किट वास्तव में स्विच किए जाने के अलावा बहुत कम शक्ति को भंग कर देते हैं।

MOSFET का उपयोग डिजिटल पूरक धातु-ऑक्साइड-सेमिकंडक्टर (CMOS) तर्क में किया जाता है,<ref>{{cite web|url=http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1963-CMOS.html |title=Computer History Museum&nbsp;– The Silicon Engine &#124; 1963&nbsp;– Complementary MOS Circuit Configuration is Invented |publisher=Computerhistory.org |accessdate=2012-06-02}}</ref> जो बिल्डिंग ब्लॉक के रूप में P- और N-Channel MOSFET का उपयोग करता है।एकीकृत सर्किट में ओवरहीटिंग एक बड़ी चिंता है क्योंकि कभी अधिक ट्रांजिस्टर को कभी छोटे चिप्स में पैक किया जाता है। सीएमओएस (CMOS) लॉजिक बिजली की खपत को कम करता है क्योंकि कोई वर्तमान प्रवाह (आदर्श रूप से), और इस प्रकार कोई [[ शक्ति (भौतिकी) ]] का सेवन नहीं किया जाता है, सिवाय इसके कि जब [[ लॉजिक गेट ]] के इनपुट को स्विच किया जा रहा हो। CMOS एक PMOSFET के साथ प्रत्येक NMOSFET को पूरक करके और दोनों गेट्स और दोनों नालियों को एक साथ जोड़कर इस वर्तमान कमी को पूरा करता है।फाटकों पर एक उच्च वोल्टेज NMOSFET को आचरण करने का कारण होगा और PMOSFET का संचालन नहीं करेगा और गेट पर कम वोल्टेज रिवर्स का कारण बनता है। स्विचिंग समय के दौरान जब वोल्टेज एक राज्य से दूसरे राज्य में जाता है, तो दोनों MOSFETS संक्षेप में संचालित करेंगे।यह व्यवस्था बिजली की खपत और गर्मी सृजन को बहुत कम करती है।

[[ माइक्रोप्रोसेसर ]] जैसी डिजिटल प्रौद्योगिकियों की वृद्धि ने किसी भी अन्य प्रकार के सिलिकॉन-आधारित ट्रांजिस्टर की तुलना में MOSFET तकनीक को तेजी से आगे बढ़ाने की प्रेरणा प्रदान की है।<ref>{{cite web|url=http://www.computerhistory.org/microprocessors/ |title=Computer History Museum&nbsp;– Exhibits&nbsp;– Microprocessors |publisher=Computerhistory.org |accessdate=2012-06-02}}</ref> डिजिटल स्विचिंग के लिए MOSFETs का एक बड़ा लाभ यह है कि गेट और चैनल के बीच ऑक्साइड परत DC करंट को गेट के माध्यम से बहने से रोकती है, जिससे बिजली की खपत कम हो जाती है और एक बहुत बड़ा इनपुट प्रतिबाधा देता है। गेट और चैनल के बीच का इंसुलेटिंग ऑक्साइड एक MOSFET को पहले और बाद के चरणों से एक लॉजिक चरण में प्रभावी रूप से अलग करता है, जो एक एकल MOSFET आउटपुट को MOSFET इनपुट की काफी संख्या में ड्राइव करने की अनुमति देता है। द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर-आधारित तर्क ( जैसे कि ट्रांजिस्टर-ट्रांसिस्टर लॉजिक) में इतनी उच्च प्रशंसक क्षमता नहीं है। यह अलगाव भी डिजाइनरों के लिए स्वतंत्र रूप से तर्क चरणों के बीच कुछ हद तक लोडिंग प्रभावों को अनदेखा करना आसान बनाता है। उस सीमा को ऑपरेटिंग आवृत्ति द्वारा परिभाषित किया गया है: जैसे -जैसे आवृत्तियों में वृद्धि होती है, MOSFETs का इनपुट प्रतिबाधा कम हो जाता है।

डिजिटल सर्किट में MOSFET के फायदे सभी [[ एनालॉग सर्किट ]] में वर्चस्व में अनुवाद नहीं करते हैं। दो प्रकार के सर्किट ट्रांजिस्टर व्यवहार की विभिन्न विशेषताओं पर आकर्षित करते हैं। डिजिटल सर्किट स्विच करते हैं, अपना अधिकांश समय पूरी तरह से या पूरी तरह से बंद कर देते हैं। एक से दूसरे में संक्रमण केवल गति और चार्ज के संबंध में चिंता का विषय है। एनालॉग सर्किट संक्रमण क्षेत्र में संचालन पर निर्भर करते हैं जहां छोटे परिवर्तन v{{sub|gs}} आउटपुट (नाली ) करंट को मॉड्यूलेट कर सकते हैं। JFET और [[ द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर ]] ( BJT ) को सटीक मिलान ( एकीकृत सर्किट में आसन्न उपकरणों ), उच्च ट्रांसकॉन्डक्टेंस और कुछ तापमान विशेषताओं के लिए पसंद किया जाता है, जो सर्किट तापमान के रूप में प्रदर्शन की पूर्वानुमान को सरल बनाए रखते हैं।

फिर भी, MOSFETs व्यापक रूप से कई प्रकार के एनालॉग सर्किटों में उपयोग किए जाते हैं क्योंकि उनके स्वयं के फायदे (शून्य गेट करंट, उच्च और समायोज्य आउटपुट प्रतिबाधा और बेहतर मजबूती बनाम BJTs जो कि स्थायी रूप से भी हल्के से एमिटर-बेस को तोड़कर नीचा दिखाया जा सकता है ) के कारण।{{Vague|date=January 2016}} कई एनालॉग सर्किट की विशेषताओं और प्रदर्शन को उपयोग किए गए MOSFETS के आकार ( लंबाई और चौड़ाई ) को बदलकर ऊपर या नीचे किया जा सकता है। तुलना करके, द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर में एक अलग स्केलिंग कानून का पालन करते हैं। गेट करंट ( शून्य ) और ड्रेन-सोर्स ऑफसेट वोल्टेज ( शून्य ) के बारे में MOSFETS की आदर्श विशेषताएं भी उन्हें लगभग आदर्श स्विच तत्व बनाती हैं, और स्विच किए गए कैपेसिटर एनालॉग सर्किट को भी व्यावहारिक बनाते हैं। उनके रैखिक क्षेत्र में, MOSFETS का उपयोग सटीक प्रतिरोधों के रूप में किया जा सकता है, जिसमें BJTS की तुलना में बहुत अधिक नियंत्रित प्रतिरोध हो सकता है। उच्च शक्ति सर्किट में, MOSFETs को कभी -कभी BJTs के रूप में थर्मल भगोड़ा से पीड़ित नहीं होने का फायदा होता है।{{Dubious|reason=Depends on circuit topology?|date=January 2016}} इसका मतलब यह है कि पूर्ण एनालॉग सर्किट एक बहुत छोटे स्थान पर और सरल निर्माण तकनीकों के साथ सिलिकॉन चिप पर बनाया जा सकता है। MOSFETs आदर्श रूप से आगमनात्मक किकबैक के लिए सहिष्णुता के कारण आगमनात्मक भार स्विच करने के लिए अनुकूल हैं।

कुछ आईसीएस ( ICs)  एकल मिश्रित-सिग्नल एकीकृत सर्किट पर एनालॉग और डिजिटल MOSFET सर्किटरी को जोड़ते हैं, जिससे आवश्यक बोर्ड स्पेस भी छोटा हो जाता है। यह एक चिप स्तर पर डिजिटल सर्किट से एनालॉग सर्किट को अलग करने की आवश्यकता बनाता है, जिससे इन्सुलेटर ( SOI ) पर अलगाव के छल्ले और सिलिकॉन का उपयोग होता है।चूंकि MOSFETs को BJT की तुलना में दी गई बिजली की एक राशि को संभालने के लिए अधिक स्थान की आव