MOSFET कसे कार्य करतात

MOSFET चे कार्य तत्त्व मुख्यतः त्याच्या अद्वितीय संरचनात्मक गुणधर्मांवर आणि विद्युत क्षेत्राच्या प्रभावांवर आधारित आहे. MOSFET कसे कार्य करतात याचे तपशीलवार स्पष्टीकरण खालीलप्रमाणे आहे:

I. MOSFET ची मूलभूत रचना

MOSFET मध्ये मुख्यतः एक गेट (G), एक स्त्रोत (S), एक ड्रेन (D), आणि एक सब्सट्रेट (B, कधीकधी तीन-टर्मिनल डिव्हाइस तयार करण्यासाठी स्त्रोताशी जोडलेला असतो). N-चॅनेल एन्हांसमेंट MOSFETs मध्ये, सब्सट्रेट हे सहसा कमी-डोप केलेले P-प्रकारचे सिलिकॉन मटेरियल असते ज्यावर दोन उच्च डोप केलेले N-प्रकारचे क्षेत्र अनुक्रमे स्त्रोत आणि निचरा म्हणून काम करण्यासाठी तयार केले जातात. पी-टाइप सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर एक अत्यंत पातळ ऑक्साईड फिल्म (सिलिकॉन डायऑक्साइड) इन्सुलेट थर म्हणून झाकलेली असते आणि गेट म्हणून इलेक्ट्रोड काढला जातो. ही रचना गेटला पी-टाइप सेमीकंडक्टर सब्सट्रेट, ड्रेन आणि स्त्रोतापासून इन्सुलेटेड बनवते आणि म्हणून त्याला इन्सुलेटेड-गेट फील्ड इफेक्ट ट्यूब देखील म्हणतात.

II. ऑपरेशनचे तत्त्व

MOSFETs ड्रेन करंट (ID) नियंत्रित करण्यासाठी गेट सोर्स व्होल्टेज (VGS) वापरून कार्य करतात. विशेषतः, जेव्हा लागू केलेला सकारात्मक गेट स्रोत व्होल्टेज, VGS, शून्यापेक्षा जास्त असतो, तेव्हा गेटच्या खाली असलेल्या ऑक्साईड स्तरावर वरचे सकारात्मक आणि खालचे नकारात्मक विद्युत क्षेत्र दिसून येईल. हे विद्युत क्षेत्र पी-क्षेत्रातील मुक्त इलेक्ट्रॉन्सना आकर्षित करते, ज्यामुळे ते ऑक्साईडच्या थराच्या खाली जमा होतात, तर P-क्षेत्रातील छिद्रे दूर करतात. VGS जसजसे वाढते तसतसे विद्युत क्षेत्राची ताकद वाढते आणि आकर्षित मुक्त इलेक्ट्रॉनची एकाग्रता वाढते. जेव्हा VGS ठराविक थ्रेशोल्ड व्होल्टेज (VT) पर्यंत पोहोचते, तेव्हा त्या प्रदेशात जमा झालेल्या मुक्त इलेक्ट्रॉन्सचे प्रमाण एक नवीन N-प्रकार क्षेत्र (N-चॅनेल) तयार करण्यासाठी पुरेसे मोठे असते, जे ड्रेन आणि स्त्रोत यांना जोडणाऱ्या पुलासारखे कार्य करते. या टप्प्यावर, ड्रेन आणि स्त्रोत यांच्यामध्ये विशिष्ट ड्रायव्हिंग व्होल्टेज (VDS) अस्तित्वात असल्यास, ड्रेन करंट आयडी वाहू लागतो.

III. कंडक्टिंग चॅनेलची निर्मिती आणि बदल

कंडक्टिंग चॅनेलची निर्मिती ही MOSFET च्या ऑपरेशनची गुरुकिल्ली आहे. जेव्हा VGS VT पेक्षा मोठा असतो, तेव्हा प्रवाहकीय चॅनेल स्थापित केला जातो आणि ड्रेन करंट आयडी VGS आणि VDS या दोन्हींद्वारे प्रभावित होतो. VGS कंडक्टिंग चॅनेलची रुंदी आणि आकार नियंत्रित करून ID प्रभावित करते, तर VDS थेट आयडीवर ड्रायव्हिंग व्होल्टेज म्हणून प्रभावित करते. हे लक्षात घेणे महत्वाचे आहे की जर कंडक्टिंग चॅनेल स्थापित केले नसेल (म्हणजे, VGS VT पेक्षा कमी असेल), तर VDS उपस्थित असला तरीही, ड्रेन करंट आयडी नाही दिसणे

IV. MOSFET ची वैशिष्ट्ये

उच्च इनपुट प्रतिबाधा:MOSFET चा इनपुट प्रतिबाधा खूप जास्त आहे, अनंताच्या जवळ आहे, कारण गेट आणि स्त्रोत-निचरा प्रदेश दरम्यान एक इन्सुलेट थर आहे आणि फक्त एक कमकुवत गेट प्रवाह आहे.

कमी आउटपुट प्रतिबाधा:MOSFET ही व्होल्टेज-नियंत्रित उपकरणे आहेत ज्यात स्त्रोत-निचरा प्रवाह इनपुट व्होल्टेजसह बदलू शकतो, म्हणून त्यांचे आउटपुट प्रतिबाधा लहान आहे.

सतत प्रवाह:संपृक्तता प्रदेशात कार्यरत असताना, MOSFET चा प्रवाह स्त्रोत-ड्रेन व्होल्टेजमधील बदलांमुळे अक्षरशः अप्रभावित असतो, उत्कृष्ट स्थिर प्रवाह प्रदान करतो.

चांगले तापमान स्थिरता:MOSFET मध्ये -55°C ते +150°C पर्यंत विस्तृत ऑपरेटिंग तापमान श्रेणी असते.

V. अनुप्रयोग आणि वर्गीकरण

डिजिटल सर्किट्स, ॲनालॉग सर्किट्स, पॉवर सर्किट्स आणि इतर फील्डमध्ये MOSFET चा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. ऑपरेशनच्या प्रकारानुसार, MOSFET चे वर्गीकरण वाढवण्याच्या आणि कमी करण्याच्या प्रकारांमध्ये केले जाऊ शकते; कंडक्टिंग चॅनेलच्या प्रकारानुसार, त्यांचे एन-चॅनेल आणि पी-चॅनेलमध्ये वर्गीकरण केले जाऊ शकते. या विविध प्रकारच्या MOSFET चे विविध अनुप्रयोग परिस्थितींमध्ये त्यांचे स्वतःचे फायदे आहेत.

सारांश, MOSFET चे कार्य तत्त्व गेट सोर्स व्होल्टेजद्वारे कंडक्टिंग चॅनेलची निर्मिती आणि बदल नियंत्रित करणे आहे, ज्यामुळे ड्रेन करंटचा प्रवाह नियंत्रित होतो. त्याचा उच्च इनपुट प्रतिबाधा, कमी आउटपुट प्रतिबाधा, स्थिर प्रवाह आणि तापमान स्थिरता MOSFETs इलेक्ट्रॉनिक सर्किट्समध्ये एक महत्त्वाचा घटक बनवते.