MOSFET ಗಳು ಹೇಗೆ ಕೆಲಸ ಮಾಡುತ್ತವೆ

MOSFET ನ ಕೆಲಸದ ತತ್ವವು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಅದರ ವಿಶಿಷ್ಟ ರಚನಾತ್ಮಕ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಪರಿಣಾಮಗಳನ್ನು ಆಧರಿಸಿದೆ. MOSFET ಗಳು ಹೇಗೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತವೆ ಎಂಬುದರ ವಿವರವಾದ ವಿವರಣೆಯು ಈ ಕೆಳಗಿನಂತಿದೆ:

 

I. MOSFET ನ ಮೂಲ ರಚನೆ

MOSFET ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಗೇಟ್ (G), ಮೂಲ (S), ಡ್ರೈನ್ (D), ಮತ್ತು ತಲಾಧಾರ (B, ಕೆಲವೊಮ್ಮೆ ಮೂರು-ಟರ್ಮಿನಲ್ ಸಾಧನವನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ಮೂಲಕ್ಕೆ ಸಂಪರ್ಕ ಹೊಂದಿದೆ) ಒಳಗೊಂಡಿರುತ್ತದೆ. N-ಚಾನೆಲ್ ವರ್ಧನೆ MOSFET ಗಳಲ್ಲಿ, ತಲಾಧಾರವು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ-ಡೋಪ್ಡ್ P- ಮಾದರಿಯ ಸಿಲಿಕಾನ್ ವಸ್ತುವಾಗಿದ್ದು, ಅದರ ಮೇಲೆ ಎರಡು ಹೆಚ್ಚು ಡೋಪ್ ಮಾಡಲಾದ N- ಮಾದರಿಯ ಪ್ರದೇಶಗಳನ್ನು ಕ್ರಮವಾಗಿ ಮೂಲ ಮತ್ತು ಡ್ರೈನ್ ಆಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸಲು ತಯಾರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. P- ಮಾದರಿಯ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ಅತಿ ತೆಳುವಾದ ಆಕ್ಸೈಡ್ ಫಿಲ್ಮ್ (ಸಿಲಿಕಾನ್ ಡೈಆಕ್ಸೈಡ್) ನಿರೋಧಕ ಪದರವಾಗಿ ಮುಚ್ಚಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುದ್ವಾರವನ್ನು ಗೇಟ್‌ನಂತೆ ಎಳೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ರಚನೆಯು ಗೇಟ್ ಅನ್ನು ಪಿ-ಟೈಪ್ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಸಬ್‌ಸ್ಟ್ರೇಟ್, ಡ್ರೈನ್ ಮತ್ತು ಮೂಲದಿಂದ ಬೇರ್ಪಡಿಸುವಂತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಆದ್ದರಿಂದ ಇದನ್ನು ಇನ್ಸುಲೇಟೆಡ್-ಗೇಟ್ ಫೀಲ್ಡ್ ಎಫೆಕ್ಟ್ ಟ್ಯೂಬ್ ಎಂದೂ ಕರೆಯುತ್ತಾರೆ.

II. ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಯ ತತ್ವ

ಡ್ರೈನ್ ಕರೆಂಟ್ (ID) ಅನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸಲು MOSFET ಗಳು ಗೇಟ್ ಸೋರ್ಸ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್ (VGS) ಅನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತವೆ. ನಿರ್ದಿಷ್ಟವಾಗಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, ಅನ್ವಯಿಸಲಾದ ಧನಾತ್ಮಕ ಗೇಟ್ ಮೂಲ ವೋಲ್ಟೇಜ್, VGS, ಶೂನ್ಯಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾದಾಗ, ಮೇಲಿನ ಧನಾತ್ಮಕ ಮತ್ತು ಕೆಳಗಿನ ಋಣಾತ್ಮಕ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವು ಗೇಟ್‌ನ ಕೆಳಗಿನ ಆಕ್ಸೈಡ್ ಪದರದ ಮೇಲೆ ಕಾಣಿಸಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಈ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವು ಪಿ-ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಉಚಿತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಆಕರ್ಷಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಆಕ್ಸೈಡ್ ಪದರದ ಕೆಳಗೆ ಸಂಗ್ರಹವಾಗುವಂತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಪಿ-ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿನ ರಂಧ್ರಗಳನ್ನು ಹಿಮ್ಮೆಟ್ಟಿಸುತ್ತದೆ. VGS ಹೆಚ್ಚಾದಂತೆ, ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಬಲವು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಆಕರ್ಷಿತ ಮುಕ್ತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ. VGS ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಮಿತಿ ವೋಲ್ಟೇಜ್ (VT) ಅನ್ನು ತಲುಪಿದಾಗ, ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಒಟ್ಟುಗೂಡಿದ ಉಚಿತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಹೊಸ N- ಮಾದರಿಯ ಪ್ರದೇಶವನ್ನು (N-ಚಾನೆಲ್) ರೂಪಿಸಲು ಸಾಕಷ್ಟು ದೊಡ್ಡದಾಗಿದೆ, ಇದು ಡ್ರೈನ್ ಮತ್ತು ಮೂಲವನ್ನು ಸಂಪರ್ಕಿಸುವ ಸೇತುವೆಯಂತೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ಹಂತದಲ್ಲಿ, ಡ್ರೈನ್ ಮತ್ತು ಮೂಲದ ನಡುವೆ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಡ್ರೈವಿಂಗ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್ (ವಿಡಿಎಸ್) ಅಸ್ತಿತ್ವದಲ್ಲಿದ್ದರೆ, ಡ್ರೈನ್ ಕರೆಂಟ್ ಐಡಿ ಹರಿಯಲು ಪ್ರಾರಂಭಿಸುತ್ತದೆ.

III. ನಡೆಸುವ ಚಾನಲ್ನ ರಚನೆ ಮತ್ತು ಬದಲಾವಣೆ

ನಡೆಸುವ ಚಾನಲ್ನ ರಚನೆಯು MOSFET ನ ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಗೆ ಪ್ರಮುಖವಾಗಿದೆ. VT ಗಿಂತ VGS ಹೆಚ್ಚಾದಾಗ, ವಾಹಕ ಚಾನಲ್ ಅನ್ನು ಸ್ಥಾಪಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಡ್ರೈನ್ ಕರೆಂಟ್ ID VGS ಮತ್ತು VDS ಎರಡರಿಂದಲೂ ಪ್ರಭಾವಿತವಾಗಿರುತ್ತದೆ. VGS ವಾಹಕದ ಅಗಲ ಮತ್ತು ಆಕಾರವನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸುವ ಮೂಲಕ ID ಮೇಲೆ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತದೆ, VDS ನೇರವಾಗಿ ಡ್ರೈವಿಂಗ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಆಗಿ ID ಮೇಲೆ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತದೆ. ನಡೆಸುವ ಚಾನಲ್ ಅನ್ನು ಸ್ಥಾಪಿಸದಿದ್ದರೆ (ಅಂದರೆ, VGS VT ಗಿಂತ ಕಡಿಮೆಯಿದೆ), ನಂತರ VDS ಇದ್ದರೂ ಸಹ, ಡ್ರೈನ್ ಕರೆಂಟ್ ID ಕಾಣಿಸುವುದಿಲ್ಲ ಎಂಬುದನ್ನು ಗಮನಿಸುವುದು ಮುಖ್ಯ.

IV. MOSFET ಗಳ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು

ಹೆಚ್ಚಿನ ಇನ್ಪುಟ್ ಪ್ರತಿರೋಧ:MOSFET ನ ಇನ್‌ಪುಟ್ ಪ್ರತಿರೋಧವು ತುಂಬಾ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಅನಂತತೆಗೆ ಹತ್ತಿರದಲ್ಲಿದೆ, ಏಕೆಂದರೆ ಗೇಟ್ ಮತ್ತು ಮೂಲ-ಡ್ರೈನ್ ಪ್ರದೇಶದ ನಡುವೆ ನಿರೋಧಕ ಪದರವಿದೆ ಮತ್ತು ದುರ್ಬಲ ಗೇಟ್ ಪ್ರವಾಹ ಮಾತ್ರ ಇರುತ್ತದೆ.

ಕಡಿಮೆ ಔಟ್ಪುಟ್ ಪ್ರತಿರೋಧ:MOSFET ಗಳು ವೋಲ್ಟೇಜ್-ನಿಯಂತ್ರಿತ ಸಾಧನಗಳಾಗಿವೆ, ಇದರಲ್ಲಿ ಮೂಲ-ಡ್ರೈನ್ ಪ್ರವಾಹವು ಇನ್ಪುಟ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್ನೊಂದಿಗೆ ಬದಲಾಗಬಹುದು, ಆದ್ದರಿಂದ ಅವುಗಳ ಔಟ್ಪುಟ್ ಪ್ರತಿರೋಧವು ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದೆ.

ನಿರಂತರ ಹರಿವು:ಸ್ಯಾಚುರೇಶನ್ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವಾಗ, MOSFET ನ ಪ್ರವಾಹವು ಮೂಲ-ಡ್ರೈನ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್ನಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಗಳಿಂದ ವಾಸ್ತವಿಕವಾಗಿ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುವುದಿಲ್ಲ, ಇದು ಅತ್ಯುತ್ತಮವಾದ ಸ್ಥಿರ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ.

 

ಉತ್ತಮ ತಾಪಮಾನ ಸ್ಥಿರತೆ:MOSFET ಗಳು -55 ° C ನಿಂದ ಸುಮಾರು + 150 ° C ವರೆಗಿನ ವ್ಯಾಪಕ ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಯ ತಾಪಮಾನದ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ.

V. ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ವರ್ಗೀಕರಣಗಳು

MOSFET ಗಳನ್ನು ಡಿಜಿಟಲ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್‌ಗಳು, ಅನಲಾಗ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್‌ಗಳು, ಪವರ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಇತರ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಯ ಪ್ರಕಾರದ ಪ್ರಕಾರ, MOSFET ಗಳನ್ನು ವರ್ಧನೆ ಮತ್ತು ಸವಕಳಿ ಪ್ರಕಾರಗಳಾಗಿ ವರ್ಗೀಕರಿಸಬಹುದು; ನಡೆಸುವ ಚಾನೆಲ್ ಪ್ರಕಾರ, ಅವುಗಳನ್ನು ಎನ್-ಚಾನೆಲ್ ಮತ್ತು ಪಿ-ಚಾನಲ್ ಎಂದು ವರ್ಗೀಕರಿಸಬಹುದು. ಈ ವಿಭಿನ್ನ ರೀತಿಯ MOSFET ಗಳು ವಿಭಿನ್ನ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್ ಸನ್ನಿವೇಶಗಳಲ್ಲಿ ತಮ್ಮದೇ ಆದ ಪ್ರಯೋಜನಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ.

ಸಾರಾಂಶದಲ್ಲಿ, MOSFET ನ ಕೆಲಸದ ತತ್ವವು ಗೇಟ್ ಮೂಲ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಮೂಲಕ ವಾಹಕ ಚಾನಲ್ನ ರಚನೆ ಮತ್ತು ಬದಲಾವಣೆಯನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಡ್ರೈನ್ ಪ್ರವಾಹದ ಹರಿವನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸುತ್ತದೆ. ಇದರ ಹೆಚ್ಚಿನ ಇನ್‌ಪುಟ್ ಪ್ರತಿರೋಧ, ಕಡಿಮೆ ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಪ್ರತಿರೋಧ, ಸ್ಥಿರ ಪ್ರವಾಹ ಮತ್ತು ತಾಪಮಾನದ ಸ್ಥಿರತೆಯು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್‌ಗಳಲ್ಲಿ MOSFET ಗಳನ್ನು ಪ್ರಮುಖ ಅಂಶವನ್ನಾಗಿ ಮಾಡುತ್ತದೆ.