एमओएस ट्यूबों और आंतरिक लाभ का परिचय

एमओएस, जो धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर के अंग्रेजी नाम का संक्षिप्त रूप है, एक अद्वितीय अर्धचालक उपकरण है जो विद्युत क्षेत्र प्रभाव के माध्यम से आउटपुट लूप के वर्तमान को नियंत्रित करता है, जो इसे इसका नाम देता है। यह उपकरण बिजली के संचालन के लिए मुख्य रूप से अर्धचालकों के अधिकांश वाहकों पर निर्भर करता है, इसलिए इसे एकध्रुवीय ट्रांजिस्टर के रूप में भी वर्गीकृत किया गया है। एमओएस ट्रांजिस्टर के अलावा, जंक्शन एफईटी (जेएफईटी), मेटल-सेमीकंडक्टर एफईटी, जेएलएफईटी और क्यूडब्ल्यूएफईटी जैसे विभिन्न प्रकार हैं। इन प्रकारों में, एमओएस ट्रांजिस्टर अपने कई फायदों के कारण सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला विकल्प हैं, जैसे कि उच्च इनपुट प्रतिरोध, कम बिजली की खपत, कम शोर और एकीकरण में आसानी, और व्यापक रूप से एनालॉग और डिजिटल सर्किट में उपयोग किया जाता है, और एक पूर्ण स्थान पर कब्जा कर लेता है। बाजार में प्रमुख स्थान, द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर (बीजेटी) से कहीं अधिक।

715-031986-005 एचएसजी एलडब्ल्यूआर रिएक्शन चैंबर

एमओएस ट्रांजिस्टर को एनएमओएस (एन-चैनल प्रकार) और पीएमओएस (पी-चैनल प्रकार) में विभाजित किया गया है, जो दोनों इंसुलेटेड गेट एफईटी से संबंधित हैं। जब एनएमओएस और पीएमओएस को चतुराई से संयोजित किया जाता है, तो वे जिसे हम अक्सर सीएमओएस (पूरक धातु-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर) डिवाइस कहते हैं, बनाते हैं। एनएमओएस की संरचना उत्कृष्ट होने के लिए डिज़ाइन की गई है, जिसमें तीन प्रमुख इलेक्ट्रोड शामिल हैं: स्रोत (एस), गेट (जी), और ड्रेन (डी), जिसे क्रमशः द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के उत्सर्जक, आधार और कलेक्टर से कार्यात्मक रूप से सहसंबद्ध किया जा सकता है। , जैसा कि नीचे चित्र में दिखाया गया है।

एनएमओएस संरचना का योजनाबद्ध आरेख

0040-09723 -यूनीबॉडी, एच चैम्बर

जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है, यदि एनएमओएस के संचालन के दौरान गेट पर कोई वोल्टेज लागू नहीं किया जाता है, तो प्रवाहकीय चैनलों की कमी के कारण स्रोत और नाली क्षेत्रों के बीच करंट नहीं बन सकता है। हालाँकि, जब गेट पर पर्याप्त रूप से बड़ा सकारात्मक वोल्टेज लगाया जाता है, तो यह वोल्टेज पी-प्रकार सब्सट्रेट में छोटी संख्या में वाहक-इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करने के लिए एक चुंबक की तरह कार्य करता है, जिससे वे गेट और सब्सट्रेट के जंक्शन पर केंद्रित हो जाते हैं। इलेक्ट्रॉनों के संचय के साथ, सब्सट्रेट की सतह पर इलेक्ट्रॉनों से भरी एक उलटी परत बन जाएगी, जो वास्तव में मूल पी-प्रकार क्षेत्र को एन-प्रकार क्षेत्र में बदल देती है, इस प्रकार वर्तमान के लिए एक सुचारू चैनल प्रदान करती है, ताकि स्रोत क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन धारा बनाने के लिए नाली क्षेत्र में सुचारू रूप से प्रवाहित हो सकते हैं। यह प्रक्रिया वोल्टेज नियंत्रण उपकरण के रूप में एमओएस ट्रांजिस्टर के सार को प्रदर्शित करती है, यानी, गेट वोल्टेज का उपयोग स्रोत और नाली के बीच वर्तमान को सटीक रूप से नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। यह व्युत्क्रम परत एक कुशल इलेक्ट्रॉन परिवहन पथ बनाती है, जो स्रोत क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनों को नाली क्षेत्र में लगातार प्रवाहित करने की अनुमति देती है, जिसके परिणामस्वरूप विद्युत प्रवाह बनता है। इसलिए, एमओएस ट्रांजिस्टर अनिवार्य रूप से एक वोल्टेज नियंत्रण उपकरण है, जिसका मूल गेट वोल्टेज के माध्यम से स्रोत और नाली के बीच वर्तमान को सटीक रूप से नियंत्रित करना है। हम FET को चालू करने के लिए आवश्यक न्यूनतम गेट वोल्टेज को थ्रेशोल्ड वोल्टेज के रूप में परिभाषित करते हैं। गेट यहां एक स्विच की भूमिका निभाता है: जब गेट वोल्टेज थ्रेशोल्ड वोल्टेज से नीचे गिर जाता है या जब गेट वोल्टेज हटा दिया जाता है, तो इसे बंद कर दिया जाता है, जिससे स्रोत और नाली के बीच करंट का प्रवाह रुक जाता है; जब गेट वोल्टेज थ्रेशोल्ड वोल्टेज से ऊपर होता है, तो यह चैनल खोलता है और स्रोत और नाली के बीच धारा को स्वतंत्र रूप से प्रवाहित करने की अनुमति देता है।

एनएमओएस के विद्युत गुण
इसके बाद, हम एक विशिष्ट एनएमओएस ट्यूब तैयारी प्रक्रिया की रूपरेखा तैयार करते हैं। सबसे पहले, एपिटैक्सियल वृद्धि द्वारा एक सिलिकॉन सब्सट्रेट पर एक एपिटैक्सियल परत बनाई जाती है, इस चरण का उद्देश्य कम ऑक्सीजन सामग्री के साथ एक सिलिकॉन एकल क्रिस्टल प्राप्त करना है, जो एमओएस ट्यूब के अर्धचालक भाग (एस) का गठन करता है, और फिर फ़ील्ड ऑक्साइड तैयार किया जाता है ऑक्सीकरण, फोटोलिथोग्राफी और नक़्क़ाशी तकनीक, जिसका उपयोग विभिन्न एमओएस ट्यूबों को अलग करने और उनके बीच विद्युत हस्तक्षेप को रोकने के लिए किया जाता है। इसके बाद, गेट ऑक्साइड परत उत्पन्न करने के लिए एक ऑक्सीकरण प्रक्रिया पारित की जाती है, जो एमओएस ट्यूब में ऑक्साइड की मात्रा (ओ) है। अगला कदम पॉलीसिलिकॉन सामग्री को जमा करना और फोटोलिथोग्राफी और नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं के माध्यम से एक पॉलीसिलिकॉन गेट बनाना है, हालांकि पॉलीसिलिकॉन पारंपरिक अर्थों में धातु नहीं है, इसमें डोपिंग के बाद अच्छी चालकता है और एकीकृत सर्किट प्रक्रियाओं के लिए उपयुक्त है, इस प्रकार पहले धातु की जगह लेता है एल्यूमीनियम सामग्री. फिर, यह स्रोत क्षेत्र और रिसाव क्षेत्र के उत्पादन चरण में प्रवेश करता है, जिसे पहले फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया द्वारा विंडो किया जाता है, उसके बाद फॉस्फोरस आयनों का इंजेक्शन लगाया जाता है, और संरचना को स्थिर करने के लिए एनील्ड किया जाता है। इसके बाद ढांकता हुआ परत के रूप में फॉस्फोसिलिकेट ग्लास (पीएसजी) की एक परत का जमाव होता है, जिसे जमाव और रिफ्लो प्रक्रियाओं द्वारा चिकना किया जाता है, जो बाद के लिथोग्राफी चरणों के लिए एक अच्छी नींव रखता है। फिर पीएसजी वांछित पैटर्न बनाने के लिए फोटोलिथोग्राफी और नक़्क़ाशी करता है। इसके बाद, एल्यूमीनियम-सिलिकॉन मिश्र धातु को धातु कनेक्शन सामग्री के रूप में जमा किया जाता है, और धातु कनेक्शन फोटोलिथोग्राफी और नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं द्वारा तैयार किया जाता है। अंत में, संपूर्ण डिवाइस को अतिरिक्त सुरक्षा और स्थिरता प्रदान करने के लिए सिलिकॉन नाइट्राइड की एक परत को निष्क्रियता सुरक्षात्मक परत के रूप में जमा किया जाता है।

एमओएस ट्यूब का आंतरिक लाभ
अधिकतम कम-आवृत्ति छोटे-सिग्नल लाभ जो एक ट्रांजिस्टर एक सामान्य स्रोत एम्पलीफायर कॉन्फ़िगरेशन में प्रदर्शित कर सकता है उसे एमओएस ट्रांजिस्टर के आंतरिक लाभ के रूप में परिभाषित किया गया है, जिसे इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है

विस्तृत व्युत्पत्ति प्रक्रिया यहां छोड़ी गई है। इस सूत्र के अनुसार, एमओएस ट्रांजिस्टर का आंतरिक लाभ ओवरड्राइव वोल्टेज और ग्रूव लंबाई मॉड्यूलेशन गुणांक λ के व्युत्क्रमानुपाती होता है। चूंकि λ एमओएस ट्यूब की चैनल लंबाई एल के विपरीत आनुपातिक है, इसलिए एल की वृद्धि के साथ आंतरिक लाभ बढ़ता है। सैद्धांतिक रूप से, एमओएस ट्रांजिस्टर का आंतरिक लाभ ओवरड्राइव वोल्टेज को कम करके और एल को बढ़ाकर बढ़ाया जा सकता है। हालांकि, दोनों ये ऑपरेशन एमओएस ट्यूब की कार्य गति को धीमा कर देते हैं। इसलिए, वास्तविक सर्किट डिज़ाइन में, हमें लाभ और गति के बीच एक समझौता करने की आवश्यकता है। एनालॉग इंटीग्रेटेड सर्किट डिजाइन के क्षेत्र में लाभ और गति के बीच यह संतुलन हमेशा एक केंद्रीय मुद्दा रहा है। गौरतलब है कि निम्नलिखित समीकरण देखा जा सकता है

एमओएस ट्रांजिस्टर का आंतरिक लाभ ट्रांसकंडक्टेंस दक्षता को डिजाइन करते समय आंतरिक लाभ के समान होता है, लेकिन आंतरिक लाभ चैनल की लंबाई से अतिरिक्त रूप से प्रभावित होता है। जैसे-जैसे एमओएस उपकरणों का फीचर आकार सिकुड़ता जा रहा है, उनका आंतरिक लाभ कम होता जा रहा है, जो हमारे डिजाइनों के लिए बढ़ती चुनौती बन गया है।

इसके अलावा, हमें सावधान रहने की जरूरत है कि बहुत कम ओवरड्राइव वोल्टेज के कारण एमओएस ट्रांजिस्टर सबथ्रेशोल्ड क्षेत्र में प्रवेश कर सकता है, जहां एमओएस ट्रांजिस्टर की ऑपरेटिंग विशेषताएं संतृप्ति क्षेत्र से बहुत अलग हैं, और कई प्रासंगिक सूत्र और सिद्धांत अब लागू नहीं होंगे.