MOSFETs कैसे काम करते हैं

MOSFET का कार्य सिद्धांत मुख्य रूप से इसके अद्वितीय संरचनात्मक गुणों और विद्युत क्षेत्र प्रभावों पर आधारित है। MOSFETs कैसे काम करते हैं इसकी विस्तृत व्याख्या निम्नलिखित है:

I. MOSFET की मूल संरचना

एक एमओएसएफईटी में मुख्य रूप से एक गेट (जी), एक स्रोत (एस), एक नाली (डी), और एक सब्सट्रेट (बी, कभी-कभी तीन-टर्मिनल डिवाइस बनाने के लिए स्रोत से जुड़ा होता है) होते हैं। एन-चैनल एन्हांसमेंट एमओएसएफईटी में, सब्सट्रेट आमतौर पर एक कम-डोप्ड पी-प्रकार सिलिकॉन सामग्री होती है, जिस पर दो अत्यधिक डोप्ड एन-प्रकार क्षेत्र क्रमशः स्रोत और नाली के रूप में काम करने के लिए निर्मित होते हैं। पी-प्रकार सब्सट्रेट की सतह एक इन्सुलेशन परत के रूप में एक बहुत पतली ऑक्साइड फिल्म (सिलिकॉन डाइऑक्साइड) से ढकी होती है, और गेट के रूप में एक इलेक्ट्रोड खींचा जाता है। यह संरचना गेट को पी-प्रकार अर्धचालक सब्सट्रेट, नाली और स्रोत से इन्सुलेट बनाती है, और इसलिए इसे इंसुलेटेड-गेट फ़ील्ड प्रभाव ट्यूब भी कहा जाता है।

द्वितीय. संचालन का सिद्धांत

MOSFETs ड्रेन करंट (ID) को नियंत्रित करने के लिए गेट सोर्स वोल्टेज (VGS) का उपयोग करके संचालित होते हैं। विशेष रूप से, जब लागू सकारात्मक गेट स्रोत वोल्टेज, वीजीएस, शून्य से अधिक होता है, तो गेट के नीचे ऑक्साइड परत पर एक ऊपरी सकारात्मक और निचला नकारात्मक विद्युत क्षेत्र दिखाई देगा। यह विद्युत क्षेत्र पी-क्षेत्र में मुक्त इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करता है, जिससे वे ऑक्साइड परत के नीचे जमा हो जाते हैं, जबकि पी-क्षेत्र में छिद्रों को विकर्षित करते हैं। जैसे-जैसे वीजीएस बढ़ता है, विद्युत क्षेत्र की ताकत बढ़ती है और आकर्षित मुक्त इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता बढ़ती है। जब वीजीएस एक निश्चित सीमा वोल्टेज (वीटी) तक पहुंचता है, तो क्षेत्र में एकत्रित मुक्त इलेक्ट्रॉनों की एकाग्रता एक नया एन-प्रकार क्षेत्र (एन-चैनल) बनाने के लिए काफी बड़ी होती है, जो नाली और स्रोत को जोड़ने वाले पुल की तरह काम करती है। इस बिंदु पर, यदि नाली और स्रोत के बीच एक निश्चित ड्राइविंग वोल्टेज (वीडीएस) मौजूद है, तो नाली वर्तमान आईडी प्रवाहित होने लगती है।

तृतीय. संचालन चैनल का गठन और परिवर्तन

कंडक्टिंग चैनल का निर्माण MOSFET के संचालन की कुंजी है। जब वीजीएस वीटी से अधिक होता है, तो कंडक्टिंग चैनल स्थापित हो जाता है और ड्रेन करंट आईडी वीजीएस और वीडीएस दोनों से प्रभावित होती है। वीजीएस कंडक्टिंग चैनल की चौड़ाई और आकार को नियंत्रित करके आईडी को प्रभावित करता है, जबकि वीडीएस सीधे ड्राइविंग वोल्टेज के रूप में आईडी को प्रभावित करता है। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि यदि संचालन चैनल स्थापित नहीं है (यानी, वीजीएस वीटी से कम है), तो भले ही वीडीएस मौजूद हो, ड्रेन करंट आईडी दिखाई नहीं देती है।

चतुर्थ. MOSFETs के लक्षण

उच्च इनपुट प्रतिबाधा:MOSFET का इनपुट प्रतिबाधा बहुत अधिक है, अनंत के करीब, क्योंकि गेट और स्रोत-नाली क्षेत्र के बीच एक इन्सुलेट परत होती है और केवल एक कमजोर गेट करंट होता है।

कम आउटपुट प्रतिबाधा:MOSFETs वोल्टेज-नियंत्रित उपकरण हैं जिनमें सोर्स-ड्रेन करंट इनपुट वोल्टेज के साथ बदल सकता है, इसलिए उनका आउटपुट प्रतिबाधा छोटा होता है।

निरंतर प्रवाह:संतृप्ति क्षेत्र में संचालन करते समय, एमओएसएफईटी का वर्तमान स्रोत-नाली वोल्टेज में परिवर्तन से लगभग अप्रभावित रहता है, जो उत्कृष्ट निरंतर प्रवाह प्रदान करता है।

अच्छा तापमान स्थिरता:MOSFETs में -55°C से लगभग +150°C तक विस्तृत ऑपरेटिंग तापमान रेंज होती है।

वी. अनुप्रयोग और वर्गीकरण

MOSFETs का व्यापक रूप से डिजिटल सर्किट, एनालॉग सर्किट, पावर सर्किट और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। ऑपरेशन के प्रकार के अनुसार, MOSFETs को वृद्धि और कमी प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है; संचालन चैनल के प्रकार के अनुसार, उन्हें एन-चैनल और पी-चैनल में वर्गीकृत किया जा सकता है। विभिन्न अनुप्रयोग परिदृश्यों में इन विभिन्न प्रकार के MOSFETs के अपने फायदे हैं।

संक्षेप में, MOSFET का कार्य सिद्धांत गेट स्रोत वोल्टेज के माध्यम से संचालन चैनल के गठन और परिवर्तन को नियंत्रित करना है, जो बदले में ड्रेन करंट के प्रवाह को नियंत्रित करता है। इसकी उच्च इनपुट प्रतिबाधा, कम आउटपुट प्रतिबाधा, निरंतर वर्तमान और तापमान स्थिरता MOSFETs को इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में एक महत्वपूर्ण घटक बनाती है।