MOSFETs કેવી રીતે કામ કરે છે

MOSFET ના કાર્યકારી સિદ્ધાંત મુખ્યત્વે તેના અનન્ય માળખાકીય ગુણધર્મો અને ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની અસરો પર આધારિત છે. નીચે MOSFETs કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તેનું વિગતવાર વર્ણન છે:

I. MOSFET નું મૂળભૂત માળખું

MOSFET માં મુખ્યત્વે ગેટ (G), સ્ત્રોત (S), એક ડ્રેઇન (D), અને સબસ્ટ્રેટ (B, ક્યારેક ત્રણ-ટર્મિનલ ઉપકરણ બનાવવા માટે સ્ત્રોત સાથે જોડાયેલ) નો સમાવેશ થાય છે. એન-ચેનલ એન્હાન્સમેન્ટ MOSFETs માં, સબસ્ટ્રેટ સામાન્ય રીતે ઓછી ડોપવાળી પી-ટાઈપ સિલિકોન સામગ્રી છે જેના પર અનુક્રમે સ્ત્રોત અને ડ્રેઇન તરીકે સેવા આપવા માટે બે ઉચ્ચ ડોપ્ડ N-ટાઈપ વિસ્તારો બનાવવામાં આવે છે. પી-ટાઈપ સબસ્ટ્રેટની સપાટી ખૂબ જ પાતળી ઓક્સાઈડ ફિલ્મ (સિલિકોન ડાયોક્સાઈડ)થી ઇન્સ્યુલેટીંગ લેયર તરીકે ઢંકાયેલી હોય છે અને ગેટ તરીકે ઇલેક્ટ્રોડ દોરવામાં આવે છે. આ માળખું પી-ટાઈપ સેમિકન્ડક્ટર સબસ્ટ્રેટ, ડ્રેઇન અને સ્ત્રોતમાંથી ગેટને ઇન્સ્યુલેટેડ બનાવે છે અને તેથી તેને ઇન્સ્યુલેટેડ-ગેટ ફીલ્ડ ઇફેક્ટ ટ્યુબ પણ કહેવામાં આવે છે.

II. ઓપરેશનનો સિદ્ધાંત

MOSFETs ડ્રેઇન કરંટ (ID) ને નિયંત્રિત કરવા માટે ગેટ સોર્સ વોલ્ટેજ (VGS) નો ઉપયોગ કરીને કાર્ય કરે છે. ખાસ કરીને, જ્યારે લાગુ કરેલ સકારાત્મક ગેટ સ્ત્રોત વોલ્ટેજ, VGS, શૂન્ય કરતા વધારે હોય, ત્યારે ગેટની નીચે ઓક્સાઇડ સ્તર પર ઉપલા હકારાત્મક અને નીચલા નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર દેખાશે. આ વિદ્યુત ક્ષેત્ર P- પ્રદેશમાં મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનને આકર્ષે છે, જેના કારણે તેઓ ઓક્સાઇડ સ્તરની નીચે એકઠા થાય છે, જ્યારે P- પ્રદેશમાં છિદ્રોને દૂર કરે છે. જેમ જેમ VGS વધે છે તેમ, વિદ્યુત ક્ષેત્રની શક્તિ વધે છે અને આકર્ષિત મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનની સાંદ્રતા વધે છે. જ્યારે VGS ચોક્કસ થ્રેશોલ્ડ વોલ્ટેજ (VT) સુધી પહોંચે છે, ત્યારે પ્રદેશમાં એકત્ર થયેલા મુક્ત ઈલેક્ટ્રોનની સાંદ્રતા એક નવો N-ટાઈપ પ્રદેશ (N-ચેનલ) બનાવવા માટે પૂરતી મોટી હોય છે, જે ગટર અને સ્ત્રોતને જોડતા પુલની જેમ કાર્ય કરે છે. આ સમયે, જો ડ્રેઇન અને સ્ત્રોત વચ્ચે ચોક્કસ ડ્રાઇવિંગ વોલ્ટેજ (VDS) અસ્તિત્વમાં હોય, તો ડ્રેઇન વર્તમાન ID વહેવાનું શરૂ કરે છે.

III. વાહક ચેનલની રચના અને ફેરફાર

વાહક ચેનલની રચના એ MOSFET ના સંચાલનની ચાવી છે. જ્યારે VGS VT કરતા વધારે હોય છે, ત્યારે વાહક ચેનલ સ્થાપિત થાય છે અને ડ્રેન કરંટ ID VGS અને VDS બંને દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે. VGS વાહક ચેનલની પહોળાઈ અને આકારને નિયંત્રિત કરીને ID ને અસર કરે છે, જ્યારે VDS ID ને ડ્રાઇવિંગ વોલ્ટેજ તરીકે સીધી અસર કરે છે. એ નોંધવું અગત્યનું છે કે જો વાહક ચેનલ સ્થાપિત ન હોય (એટલે ​​​​કે, VGS VT કરતા ઓછી હોય), તો પછી ભલે VDS હાજર હોય, ડ્રેઇન વર્તમાન ID નથી દેખાય છે.

IV. MOSFET ની લાક્ષણિકતાઓ

ઉચ્ચ ઇનપુટ અવબાધ:MOSFET નું ઇનપુટ અવબાધ ખૂબ ઊંચું છે, અનંતની નજીક છે, કારણ કે ગેટ અને સ્ત્રોત-ડ્રેન પ્રદેશની વચ્ચે એક ઇન્સ્યુલેટીંગ સ્તર છે અને માત્ર એક નબળો દરવાજો પ્રવાહ છે.

નીચા આઉટપુટ અવબાધ:MOSFET એ વોલ્ટેજ-નિયંત્રિત ઉપકરણો છે જેમાં સ્ત્રોત-ડ્રેન કરંટ ઇનપુટ વોલ્ટેજ સાથે બદલાઈ શકે છે, તેથી તેમનું આઉટપુટ અવબાધ નાનો છે.

સતત પ્રવાહ:જ્યારે સંતૃપ્તિ પ્રદેશમાં કાર્યરત હોય ત્યારે, MOSFET નો પ્રવાહ સ્રોત-ડ્રેન વોલ્ટેજમાં ફેરફારથી વર્ચ્યુઅલ રીતે અપ્રભાવિત હોય છે, જે ઉત્તમ સતત પ્રવાહ પ્રદાન કરે છે.

સારી તાપમાન સ્થિરતા:MOSFETs -55°C થી લગભગ +150°C સુધીની વિશાળ ઓપરેટિંગ તાપમાન શ્રેણી ધરાવે છે.

V. અરજીઓ અને વર્ગીકરણ

ડિજિટલ સર્કિટ, એનાલોગ સર્કિટ, પાવર સર્કિટ અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં MOSFET નો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. કામગીરીના પ્રકાર અનુસાર, MOSFET ને ઉન્નતીકરણ અને અવક્ષયના પ્રકારોમાં વર્ગીકૃત કરી શકાય છે; વાહક ચેનલના પ્રકાર અનુસાર, તેઓને N-ચેનલ અને P-ચેનલમાં વર્ગીકૃત કરી શકાય છે. આ વિવિધ પ્રકારના MOSFET ના વિવિધ એપ્લિકેશન દૃશ્યોમાં તેમના પોતાના ફાયદા છે.

સારાંશમાં, MOSFET નો કાર્યકારી સિદ્ધાંત ગેટ સ્ત્રોત વોલ્ટેજ દ્વારા વાહક ચેનલની રચના અને ફેરફારને નિયંત્રિત કરવાનો છે, જે બદલામાં ડ્રેઇન પ્રવાહના પ્રવાહને નિયંત્રિત કરે છે. તેની ઊંચી ઇનપુટ અવબાધ, નીચી આઉટપુટ અવબાધ, સતત પ્રવાહ અને તાપમાનની સ્થિરતા MOSFETs ને ઇલેક્ટ્રોનિક સર્કિટમાં એક મહત્વપૂર્ણ ઘટક બનાવે છે.