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MOSFET की फुल फॉर्म "Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor" होती है. MOSFET को हिंदी में "मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर" कहते है.
MOSFET को एक विशेष प्रकार के फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर के रूप में परिभाषित किया जाता है जिसका उपयोग मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनिक संकेतों को स्विच या बढ़ाने के लिए किया जाता है. MOSFET को मुख्य रूप से FETs के नुकसान को खत्म करने के लिए डिज़ाइन किया गया था, जिसमें मध्यम इनपुट प्रतिबाधा, उच्च नाली प्रतिरोध और धीमी संचालन शामिल हैं. व्यावहारिक रूप से, MOSFETs FET का उन्नत संस्करण हैं. विशेष रूप से, MOSFET एक उपकरण है जिसमें चार टर्मिनल होते हैं, जैसे स्रोत, नाली, गेट और बॉडी टर्मिनल. हालाँकि, शरीर आमतौर पर स्रोत टर्मिनल से जुड़ा होता है, जो MOSFET को अन्य क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर के समान तीन-टर्मिनल उपकरण बनाता है. चूंकि ये दो टर्मिनल आपस में जुड़े हुए हैं, इसलिए इसके विद्युत आरेखों में तीन दृश्यमान टर्मिनल हैं.
MOSFETs एक चैनल की चौड़ाई को बदलकर संचालित होते हैं जिसके माध्यम से वाहक, जैसे कि छेद या इलेक्ट्रॉन, प्रवाहित होते हैं. गेट पर वोल्टेज लगाने से एक चैनल बनता है. चैनल जितना चौड़ा होगा या गेट वोल्टेज जितना अधिक होगा, डिवाइस उतना ही बेहतर होगा. चार्ज कैरियर स्रोत टर्मिनल पर चैनल में प्रवेश करते हैं और नाली टर्मिनल से बाहर निकलते हैं.
MOSFETs व्यापक रूप से एक बुनियादी ड्राइवर सर्किट से जटिल पावर रेक्टिफायर, इनवर्टर, आदि के लिए विभिन्न प्रकार के सर्किट को डिजाइन करने के लिए उपयोग किया जाता है. सामान्य तौर पर, MOSFETs को पावर इलेक्ट्रॉनिक स्विचिंग घटकों (पावर स्विच) के रूप में जाना जाता है और उच्च शक्ति अनुप्रयोगों के बीच बहुत महत्वपूर्ण उपकरण हैं. लेकिन सबसे पहला सवाल जो दिमाग में आता है वो है- MOSFET का फुल फॉर्म क्या है?
इस लेख में, हमने MOSFET के बारे में सबसे महत्वपूर्ण विषयों को संक्षेप में कवर किया है, जैसे कि MOSFET का पूर्ण रूप, MOSFET क्या है, इसकी परिभाषा, निर्माण, प्रतीक, प्रकार, विभिन्न अनुप्रयोग, और बहुत कुछ.
MOSFET का मतलब मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर है. यह MOS संरचना वाला एक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर है. आमतौर पर, MOSFET गेट (G), ड्रेन (D) और सोर्स (S) टर्मिनलों के साथ एक तीन-टर्मिनल डिवाइस है. नाली (डी) और स्रोत (एस) के बीच वर्तमान चालन को गेट (जी) टर्मिनल पर लागू वोल्टेज द्वारा नियंत्रित किया जाता है. MOSFETs अपेक्षाकृत उच्च गति और कम-नुकसान के संचालन के मामले में द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के साथ अनुकूल रूप से तुलना करते हैं. चैनल ध्रुवीयता द्वारा पी प्रकार और एन प्रकार हैं, और नियंत्रण विधि द्वारा सामान्य रूप से बंद (गेट वोल्टेज 0 वी ऑफ) और सामान्य रूप से (गेट वोल्टेज 0 वी के साथ निष्क्रिय) के साथ कमी प्रकार के साथ वृद्धि प्रकार हैं. संवर्द्धन प्रकार लोकप्रिय है.
मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (MOSFET, MOS-FET, या MOS FET) जिसे मेटल-ऑक्साइड-सिलिकॉन ट्रांजिस्टर (MOS ट्रांजिस्टर, या MOS) के रूप में भी जाना जाता है एक प्रकार का इंसुलेटेड-गेट है. क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर जो अर्धचालक के नियंत्रित ऑक्सीकरण द्वारा निर्मित होता है, आमतौर पर सिलिकॉन. कवर किए गए गेट का वोल्टेज डिवाइस की विद्युत चालकता को निर्धारित करता है; लागू वोल्टेज की मात्रा के साथ चालकता को बदलने की इस क्षमता का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक संकेतों को बढ़ाने या स्विच करने के लिए किया जा सकता है.
MOSFET का आविष्कार मोहम्मद एम. अटाला और डॉन कांग द्वारा 1959 में बेल लैब्स में किया गया था, और पहली बार 1960 में प्रस्तुत किया गया था. यह आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स का बुनियादी निर्माण खंड है, और इतिहास में सबसे अधिक बार निर्मित उपकरण है, जिसका अनुमानित कुल 13 सेक्स्टियन है. (1.3×1022) 1960 और 2018 के बीच निर्मित MOSFETs. यह डिजिटल और एनालॉग इंटीग्रेटेड सर्किट (ICs) और सबसे आम पावर डिवाइस में प्रमुख सेमीकंडक्टर डिवाइस है. यह एक कॉम्पैक्ट ट्रांजिस्टर है जिसे अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए छोटा और बड़े पैमाने पर उत्पादित किया गया है, इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग और विश्व अर्थव्यवस्था में क्रांति ला रहा है और डिजिटल क्रांति, सिलिकॉन युग और सूचना युग के लिए केंद्रीय है. MOSFET स्केलिंग और लघुकरण 1960 के दशक से इलेक्ट्रॉनिक अर्धचालक प्रौद्योगिकी के तेजी से घातीय विकास को चला रहा है, और मेमोरी चिप्स और माइक्रोप्रोसेसरों जैसे उच्च घनत्व वाले IC को सक्षम बनाता है. MOSFET को इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग का "वर्कहॉर्स" माना जाता है.
MOSFET का एक प्रमुख लाभ यह है कि बाइपोलर जंक्शन ट्रांजिस्टर (BJTs) की तुलना में लोड करंट को नियंत्रित करने के लिए इसे लगभग किसी इनपुट करंट की आवश्यकता नहीं होती है. एन्हांसमेंट मोड MOSFET में, गेट टर्मिनल पर लागू वोल्टेज सामान्य रूप से बंद स्थिति से चालकता को बढ़ा सकता है. कमी मोड MOSFET में, गेट पर लगाया गया वोल्टेज "सामान्य रूप से चालू" अवस्था से चालकता को कम कर सकता है. MOSFETs भी उच्च मापनीयता में सक्षम हैं बढ़ते लघुकरण के साथ और इसे आसानी से छोटे आयामों तक बढ़ाया जा सकता है. उनके पास तेज स्विचिंग गति (डिजिटल सिग्नल के लिए आदर्श), बहुत छोटे आकार, काफी कम बिजली की खपत और BJTs की तुलना में बहुत अधिक घनत्व बड़े पैमाने पर एकीकरण के लिए आदर्श की अनुमति है. MOSFETs सस्ते भी होते हैं और इनमें अपेक्षाकृत सरल प्रसंस्करण चरण होते हैं जिसके परिणामस्वरूप उच्च विनिर्माण उपज होती है.
MOSFETs या तो MOS इंटीग्रेटेड सर्किट चिप्स के हिस्से के रूप में या असतत MOSFET डिवाइस (जैसे कि पावर MOSFET) के रूप में निर्मित किए जा सकते हैं, और सिंगल-गेट या मल्टी-गेट ट्रांजिस्टर का रूप ले सकते हैं. चूंकि एमओएसएफईटी को पी-टाइप या एन-टाइप सेमीकंडक्टर्स (क्रमशः पीएमओएस या एनएमओएस लॉजिक) के साथ बनाया जा सकता है, एमओएसएफईटी के पूरक जोड़े का उपयोग बहुत कम बिजली खपत के साथ स्विचिंग सर्किट बनाने के लिए किया जा सकता है: सीएमओएस (पूरक एमओएस) तर्क.
मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर (एमओएस) नाम आमतौर पर मेटल गेट ऑक्साइड इंसुलेशन और सेमीकंडक्टर (आमतौर पर सिलिकॉन) को संदर्भित करता है. हालांकि, MOSFET नाम में धातु कभी-कभी एक मिथ्या नाम होता है, क्योंकि गेट सामग्री पॉलीसिलिकॉन (पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन) की एक परत भी हो सकती है. ऑक्साइड के साथ, छोटे लागू वोल्टेज के साथ मजबूत चैनल प्राप्त करने के उद्देश्य से विभिन्न ढांकता हुआ सामग्री का भी उपयोग किया जा सकता है. एमओएस कैपेसिटर भी एमओएसएफईटी संरचना का हिस्सा है.
MOSFET (मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर) ट्रांजिस्टर एक सेमीकंडक्टर डिवाइस है जो व्यापक रूप से स्विचिंग उद्देश्यों और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में इलेक्ट्रॉनिक सिग्नल के प्रवर्धन के लिए उपयोग किया जाता है. MOSFET या तो एक कोर या इंटीग्रेटेड सर्किट होता है, जहां इसे एक चिप में डिज़ाइन और निर्मित किया जाता है क्योंकि डिवाइस बहुत छोटे आकार में उपलब्ध होता है. MOSFET डिवाइस की शुरूआत ने इलेक्ट्रॉनिक्स में स्विचिंग के क्षेत्र में एक बदलाव लाया है. आइए हम इस अवधारणा की विस्तृत व्याख्या के साथ चलते हैं.
MOSFET एक चार-टर्मिनल उपकरण है जिसमें स्रोत (S), गेट (G), ड्रेन (D) और बॉडी (B) टर्मिनल होते हैं. सामान्य तौर पर, MOSFET का शरीर स्रोत टर्मिनल के संबंध में होता है, इस प्रकार एक तीन-टर्मिनल डिवाइस जैसे कि फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर का निर्माण होता है. MOSFET को आम तौर पर एक ट्रांजिस्टर के रूप में माना जाता है और एनालॉग और डिजिटल सर्किट दोनों में नियोजित होता है. यह MOSFET का मूल परिचय है. और इस उपकरण की सामान्य संरचना इस प्रकार है.
उपरोक्त MOSFET संरचना से, MOSFET की कार्यक्षमता वाहक के प्रवाह या तो छेद या इलेक्ट्रॉनों के साथ-साथ चैनल की चौड़ाई में होने वाली विद्युत विविधताओं पर निर्भर करती है. चार्ज कैरियर स्रोत टर्मिनल के माध्यम से चैनल में प्रवेश करते हैं और नाली के माध्यम से बाहर निकलते हैं. चैनल की चौड़ाई को इलेक्ट्रोड पर वोल्टेज द्वारा नियंत्रित किया जाता है जिसे गेट कहा जाता है और यह स्रोत और नाली के बीच स्थित होता है. यह धातु ऑक्साइड की एक अत्यंत पतली परत के पास चैनल से अछूता रहता है. डिवाइस में मौजूद एमओएस क्षमता वह महत्वपूर्ण खंड है जहां पूरा ऑपरेशन इस पर होता है.
कमी मोड
एन्हांसमेंट मोड
जब गेट टर्मिनल पर कोई वोल्टेज नहीं होता है तो चैनल अपनी अधिकतम चालकता दिखाता है. जबकि जब गेट टर्मिनल पर वोल्टेज या तो सकारात्मक या नकारात्मक होता है, तो चैनल चालकता कम हो जाती है.
जब गेट टर्मिनल पर कोई वोल्टेज नहीं होता है तो डिवाइस संचालित नहीं होता है. जब गेट टर्मिनल पर अधिकतम वोल्टेज होता है तो डिवाइस बढ़ी हुई चालकता दिखाता है.
MOSFET डिवाइस का मुख्य सिद्धांत स्रोत और नाली टर्मिनलों के बीच वोल्टेज और वर्तमान प्रवाह को नियंत्रित करने में सक्षम होना है. यह लगभग एक स्विच की तरह काम करता है और डिवाइस की कार्यक्षमता एमओएस कैपेसिटर पर आधारित होती है. MOS कैपेसिटर MOSFET का मुख्य भाग है. स्रोत और नाली टर्मिनल के बीच स्थित ऑक्साइड परत के नीचे अर्धचालक सतह को क्रमशः सकारात्मक या नकारात्मक गेट वोल्टेज के आवेदन द्वारा पी-टाइप से एन-टाइप में उलटा किया जा सकता है. जब हम सकारात्मक गेट वोल्टेज के लिए एक प्रतिकारक बल लागू करते हैं, तो ऑक्साइड परत के नीचे मौजूद छिद्रों को सब्सट्रेट के साथ नीचे की ओर धकेला जाता है.
अवक्षय क्षेत्र बाध्य ऋणात्मक आवेशों से आबाद होता है जो स्वीकर्ता परमाणुओं से जुड़े होते हैं. जब इलेक्ट्रॉन पहुंच जाते हैं, तो एक चैनल विकसित होता है. सकारात्मक वोल्टेज भी n+ स्रोत और नाली क्षेत्रों से चैनल में इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करता है. अब, यदि नाली और स्रोत के बीच एक वोल्टेज लगाया जाता है, तो स्रोत और नाली के बीच धारा स्वतंत्र रूप से प्रवाहित होती है और गेट वोल्टेज चैनल में इलेक्ट्रॉनों को नियंत्रित करता है. सकारात्मक वोल्टेज के बजाय, यदि हम एक नकारात्मक वोल्टेज लागू करते हैं, तो ऑक्साइड परत के नीचे एक छेद चैनल बन जाएगा.
एक धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (MOSFET, MOS-FET, या MOS FET) एक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (एक अछूता गेट के साथ FET) है जहां वोल्टेज डिवाइस की चालकता को निर्धारित करता है. इसका उपयोग संकेतों को बदलने या बढ़ाने के लिए किया जाता है. लागू वोल्टेज की मात्रा के साथ चालकता को बदलने की क्षमता का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक संकेतों को बढ़ाने या स्विच करने के लिए किया जा सकता है. MOSFETs अब डिजिटल और एनालॉग सर्किट में BJT (द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर) से भी अधिक सामान्य हैं. सिलिकॉन डाइऑक्साइड मस्जिद का द्वार बनाती है. इसका उपयोग कंडक्टिंग चैनल के गेट पर आवेशों के सीधे प्रवाह को रोककर आइसोलेशन प्रदान करने के लिए किया जाता है.
एक MOSFET अब तक डिजिटल सर्किट में सबसे आम ट्रांजिस्टर है क्योंकि उनमें से सैकड़ों या लाखों को मेमोरी चिप या माइक्रोप्रोसेसर में शामिल किया जा सकता है. चूंकि उन्हें पी-टाइप या एन-टाइप सेमीकंडक्टर्स के साथ बनाया जा सकता है, एमओएस ट्रांजिस्टर के पूरक जोड़े का उपयोग सीएमओएस लॉजिक के रूप में बहुत कम बिजली की खपत के साथ स्विचिंग सर्किट बनाने के लिए किया जा सकता है.
MOSFETs एम्पलीफायरों में विशेष रूप से उपयोगी होते हैं क्योंकि उनके इनपुट प्रतिबाधा लगभग अनंत होते हैं जो एम्पलीफायर को लगभग सभी आने वाले सिग्नल को पकड़ने की अनुमति देता है. मुख्य लाभ यह है कि द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर की तुलना में लोड करंट को नियंत्रित करने के लिए इसे लगभग किसी इनपुट करंट की आवश्यकता नहीं होती है. MOSFET के विभिन्न प्रकार नीचे दिए गए हैं.
कमी का प्रकार: डिवाइस को "ऑफ" करने के लिए ट्रांजिस्टर को गेट-सोर्स वोल्टेज (वीजीएस) की आवश्यकता होती है.
रिक्तीकरण-मोड MOSFET एक "सामान्य रूप से बंद" स्विच के बराबर है.
एन्हांसमेंट प्रकार: डिवाइस को "चालू" करने के लिए ट्रांजिस्टर को गेट-सोर्स वोल्टेज (वीजीएस) की आवश्यकता होती है. एन्हांसमेंट-मोड MOSFET एक "नॉर्मली ओपन" स्विच के बराबर है.
यह स्रोत (एस), ड्रेन (डी) और गेट टर्मिनल (जी) और बॉडी (बी) टर्मिनलों के साथ एक चार-टर्मिनल उपकरण है. शरीर अक्सर स्रोत टर्मिनल से जुड़ा होता है, टर्मिनलों को तीन तक कम करता है. यह एक चैनल की चौड़ाई को बदलकर काम करता है जिसके साथ चार्ज वाहक प्रवाह (इलेक्ट्रॉन या छेद) होते हैं. चार्ज कैरियर स्रोत पर चैनल में प्रवेश करते हैं और नाली के माध्यम से बाहर निकलते हैं. चैनल की चौड़ाई को इलेक्ट्रोड पर वोल्टेज द्वारा नियंत्रित किया जाता है जिसे गेट कहा जाता है जो स्रोत और नाली के बीच स्थित होता है. यह धातु ऑक्साइड की एक अत्यंत पतली परत के पास चैनल से अछूता रहता है. मेटल-इन्सुलेटर-सेमीकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर या MISFET लगभग MOSFET का पर्यायवाची शब्द है. इंसुलेटेड-गेट फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर के लिए एक अन्य पर्याय IGFET है.
MOSFET की कार्यप्रणाली MOS कैपेसिटर पर निर्भर करती है. MOS कैपेसिटर MOSFET का मुख्य भाग है. नीचे ऑक्साइड परत पर अर्धचालक सतह जो स्रोत और नाली टर्मिनलों के बीच स्थित है. इसे सकारात्मक या नकारात्मक गेट वोल्टेज लागू करके पी-टाइप से एन-टाइप में उलटा किया जा सकता है. जब हम सकारात्मक गेट वोल्टेज लागू करते हैं तो ऑक्साइड परत के नीचे मौजूद छिद्रों को एक प्रतिकारक बल के साथ और छिद्रों को सब्सट्रेट के साथ नीचे की ओर धकेला जाता है. अवक्षय क्षेत्र बाध्य ऋणात्मक आवेशों से आबाद होता है जो स्वीकर्ता परमाणुओं से जुड़े होते हैं. चैनल तक पहुंचने वाले इलेक्ट्रॉनों का निर्माण होता है. सकारात्मक वोल्टेज भी n+ स्रोत और नाली क्षेत्रों से चैनल में इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करता है. अब, यदि नाली और स्रोत के बीच एक वोल्टेज लगाया जाता है, तो स्रोत और नाली के बीच धारा स्वतंत्र रूप से प्रवाहित होती है और गेट वोल्टेज चैनल में इलेक्ट्रॉनों को नियंत्रित करता है. यदि हम ऋणात्मक वोल्टेज लागू करते हैं, तो ऑक्साइड परत के नीचे एक छिद्र चैनल बन जाएगा.
डिप्लेशन-मोड MOSFET जो एन्हांसमेंट मोड प्रकारों की तुलना में कम सामान्य है, गेट बायस वोल्टेज के आवेदन के बिना सामान्य रूप से "चालू" (संचालन) स्विच किया जाता है. यही चैनल तब संचालित होता है जब वीजीएस = 0 इसे "सामान्य रूप से बंद" डिवाइस बना देता है. कमी के लिए ऊपर दिखाया गया सर्किट प्रतीक एमओएस ट्रांजिस्टर सामान्य रूप से बंद प्रवाहकीय चैनल को इंगित करने के लिए एक ठोस चैनल लाइन का उपयोग करता है. एन-चैनल रिक्तीकरण एमओएस ट्रांजिस्टर के लिए, एक नकारात्मक गेट-सोर्स वोल्टेज, -वीजीएस ट्रांजिस्टर "ऑफ" स्विच करने वाले अपने मुक्त इलेक्ट्रॉनों के प्रवाहकीय चैनल को समाप्त कर देगा (इसलिए इसका नाम). इसी तरह एक पी-चैनल रिक्तीकरण एमओएस ट्रांजिस्टर के लिए एक सकारात्मक गेट-सोर्स वोल्टेज, + वीजीएस अपने मुक्त छिद्रों के चैनल को "बंद" कर देगा.
दूसरे शब्दों में, n-चैनल रिक्तीकरण मोड के लिए MOSFET: +VGS का अर्थ है अधिक इलेक्ट्रॉन और अधिक करंट. जबकि a -VGS का मतलब है कम इलेक्ट्रॉन और कम करंट. पी-चैनल प्रकारों के लिए भी विपरीत सच है. तब कमी मोड MOSFET एक "सामान्य रूप से बंद" स्विच के बराबर है.