क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर: Difference between revisions

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[[File:Julius Edgar Lilienfeld (1881-1963).jpg|thumb|144px|जूलियस एडगर लिलिएनफेल्ड ने 1925 में एक फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर की अवधारणा का प्रस्ताव रखा।]]
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एक फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (FET) की अवधारणा को पहली बार ऑस्ट्रो-हंगेरियन भौतिक विज्ञानी जूलियस एडगर लिलिएनफेल्ड द्वारा 1925 में पेटेंट कराया गया था<ref>Lilienfeld, J.E. [https://pdfpiw.uspto.gov/.piw?Docid=01745175 "Method and apparatus for controlling electric current"] US Patent no. 1,745,175 (filed:  8 October 1926 ; issued:  28 January 1930).</ref> और 1934 में ऑस्कर हील द्वारा, लेकिन वे अवधारणा के आधार पर एक कामकाजी व्यावहारिक अर्धचालक उपकरण बनाने में असमर्थ थे।ट्रांजिस्टर प्रभाव को बाद में देखा गया और जॉन बार्डीन और वाल्टर हाउसर ब्रेटैन ने 1947 में बेल लैब्स में विलियम शॉक्ले के तहत काम करते हुए 17 साल के पेटेंट की समय सीमा समाप्त होने के तुरंत बाद देखा।शॉक्ले ने शुरू में एक कामकाजी FET का निर्माण करने का प्रयास किया, एक अर्धचालक की चालकता को संशोधित करने की कोशिश करके, लेकिन असफल रहा, मुख्य रूप से सतह के राज्यों, झूलने वाले बंधन और जर्मेनियम और तांबे के यौगिक सामग्री के साथ समस्याओं के कारण।एक कामकाजी FET के निर्माण में उनकी विफलता के पीछे रहस्यमय कारणों को समझने की कोशिश में, इसने 1947 में पॉइंट-कॉन्टैक्ट ट्रांजिस्टर का आविष्कार करने के बजाय बार्डीन और ब्रेटन को जन्म दिया, जिसके बाद 1948 में शॉक्ले के द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर थे।<ref name="Lee">{{cite book |last1=Lee |first1=Thomas H. |title=The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits |date=2003 |publisher=[[Cambridge University Press]] |isbn=9781139643771 |url=https://web.stanford.edu/class/archive/ee/ee214/ee214.1032/Handouts/HO2.pdf |access-date=2019-07-20 |archive-date=2019-12-09 |archive-url=https://web.archive.org/web/20191209032130/https://web.stanford.edu/class/archive/ee/ee214/ee214.1032/Handouts/HO2.pdf |url-status=dead }}</ref><ref name="Puers">{{cite book |last1=Puers |first1=Robert |last2=Baldi |first2=Livio |last3=Voorde |first3=Marcel Van de |last4=Nooten |first4=Sebastiaan E. van |title=Nanoelectronics: Materials, Devices, Applications, 2 Volumes |date=2017 |publisher=[[John Wiley & Sons]] |isbn=9783527340538 |page=14 |url=https://books.google.com/books?id=JOqVDgAAQBAJ&pg=PA14}}</ref>
एक फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (FET) की अवधारणा को पहली बार 1925 में ऑस्ट्रो-हंगेरियन भौतिक विज्ञानी जूलियस एडगर लिलिएनफेल्ड द्वारा<ref>Lilienfeld, J.E. [https://pdfpiw.uspto.gov/.piw?Docid=01745175 "Method and apparatus for controlling electric current"] US Patent no. 1,745,175 (filed:  8 October 1926 ; issued:  28 January 1930).</ref> और 1934 में ऑस्कर हील द्वारा, पेटेंट कराया गया था। लेकिन वे अवधारणा के आधार पर एक व्यावहारिक अर्धचालक उपकरण बनाने में असमर्थ थे।17 साल के पेटेंट की समय सीमा समाप्त होने के तुरंत बाद देखा प्रभाव को बाद में देखा गया और जॉन बार्डीन और वाल्टर हाउसर ब्रेटैन ने 1947 में बेल लैब्स में विलियम शॉक्ले के तहत काम करते हुए 17 साल के पेटेंट की समय सीमा समाप्त होने के तुरंत बाद देखा।शॉक्ले ने शुरू में एक कामकाजी FET का निर्माण करने का प्रयास किया, एक अर्धचालक की चालकता को संशोधित करने की कोशिश करके, लेकिन असफल रहा, मुख्य रूप से सतह के राज्यों, झूलने वाले बंधन और जर्मेनियम और तांबे के यौगिक सामग्री के साथ समस्याओं के कारण।एक कामकाजी FET के निर्माण में उनकी विफलता के पीछे रहस्यमय कारणों को समझने की कोशिश में, इसने 1947 में पॉइंट-कॉन्टैक्ट ट्रांजिस्टर का आविष्कार करने के बजाय बार्डीन और ब्रेटन को जन्म दिया, जिसके बाद 1948 में शॉक्ले के द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर थे।<ref name="Lee">{{cite book |last1=Lee |first1=Thomas H. |title=The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits |date=2003 |publisher=[[Cambridge University Press]] |isbn=9781139643771 |url=https://web.stanford.edu/class/archive/ee/ee214/ee214.1032/Handouts/HO2.pdf |access-date=2019-07-20 |archive-date=2019-12-09 |archive-url=https://web.archive.org/web/20191209032130/https://web.stanford.edu/class/archive/ee/ee214/ee214.1032/Handouts/HO2.pdf |url-status=dead }}</ref><ref name="Puers">{{cite book |last1=Puers |first1=Robert |last2=Baldi |first2=Livio |last3=Voorde |first3=Marcel Van de |last4=Nooten |first4=Sebastiaan E. van |title=Nanoelectronics: Materials, Devices, Applications, 2 Volumes |date=2017 |publisher=[[John Wiley & Sons]] |isbn=9783527340538 |page=14 |url=https://books.google.com/books?id=JOqVDgAAQBAJ&pg=PA14}}</ref>
सफलतापूर्वक निर्मित होने वाला पहला FET डिवाइस जंक्शन फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (JFET) था।<ref name="Lee"/>एक JFET को पहली बार 1945 में हेनरिक वेलकर द्वारा पेटेंट कराया गया था।<ref>{{cite book |title=The Physics of Semiconductors|author=Grundmann, Marius|isbn=978-3-642-13884-3 |publisher=Springer-Verlag|year=2010}}</ref> स्टेटिक इंडक्शन ट्रांजिस्टर (SIT), एक छोटे चैनल के साथ JFET का एक प्रकार, 1950 में जापानी इंजीनियरों जून-इची निशिज़ावा और वाई। वतनबे द्वारा आविष्कार किया गया था। 1952 में JFET पर शॉक्ले के सैद्धांतिक उपचार के बाद, एक कामकाजी व्यावहारिक JFET का निर्माण किया गया था।1953 में जॉर्ज एफ। डेसी और इयान एम। रॉस।<ref name=sit>{{cite book|first=Jun-Ichi |last=Nishizawa|editor-first1=Roland|editor-last1=Sittig|editor-first2=P.|editor-last2=Roggwiller|publisher=Springer|chapter=Junction Field-Effect Devices|title=Semiconductor Devices for Power Conditioning|year=1982|pages=241–272|doi=10.1007/978-1-4684-7263-9_11|isbn=978-1-4684-7265-3}}</ref> हालांकि, JFET में अभी भी सामान्य रूप से जंक्शन ट्रांजिस्टर को प्रभावित करने वाले मुद्दे थे।<ref name="Moskowitz">{{cite book |last1=Moskowitz |first1=Sanford L. |title=Advanced Materials Innovation: Managing Global Technology in the 21st century |date=2016 |publisher=[[John Wiley & Sons]] |isbn=9780470508923 |page=168 |url=https://books.google.com/books?id=2STRDAAAQBAJ&pg=PA168}}</ref> जंक्शन ट्रांजिस्टर अपेक्षाकृत भारी उपकरण थे जो एक द्रव्यमान-उत्पादन के आधार पर निर्माण करना मुश्किल था, जो उन्हें कई विशेष अनुप्रयोगों तक सीमित कर देता था।इंसुलेटेड-गेट फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (IGFET) को जंक्शन ट्रांजिस्टर के संभावित विकल्प के रूप में सिद्धांत दिया गया था, लेकिन शोधकर्ता कामकाजी IGFET का निर्माण करने में असमर्थ थे, बड़े पैमाने पर परेशानी भरे सतह की स्थिति के कारण जो बाहरी विद्युत क्षेत्र को सामग्री में प्रवेश करने से रोकता था।<ref name="Moskowitz"/>1950 के दशक के मध्य तक, शोधकर्ताओं ने बड़े पैमाने पर एफईटी अवधारणा को छोड़ दिया था, और इसके बजाय द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर (बीजेटी) तकनीक पर ध्यान केंद्रित किया था।<ref name="triumph">{{cite web |title=The Foundation of Today's Digital World: The Triumph of the MOS Transistor |url=https://www.youtube.com/watch?v=q6fBEjf9WPw |publisher=[[Computer History Museum]] |access-date=21 July 2019 |date=13 July 2010}}</ref>
सफलतापूर्वक निर्मित होने वाला पहला FET डिवाइस जंक्शन फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (JFET) था।<ref name="Lee"/>एक JFET को पहली बार 1945 में हेनरिक वेलकर द्वारा पेटेंट कराया गया था।<ref>{{cite book |title=The Physics of Semiconductors|author=Grundmann, Marius|isbn=978-3-642-13884-3 |publisher=Springer-Verlag|year=2010}}</ref> स्टेटिक इंडक्शन ट्रांजिस्टर (SIT), एक छोटे चैनल के साथ JFET का एक प्रकार, 1950 में जापानी इंजीनियरों जून-इची निशिज़ावा और वाई। वतनबे द्वारा आविष्कार किया गया था। 1952 में JFET पर शॉक्ले के सैद्धांतिक उपचार के बाद, एक कामकाजी व्यावहारिक JFET का निर्माण किया गया था।1953 में जॉर्ज एफ। डेसी और इयान एम। रॉस।<ref name=sit>{{cite book|first=Jun-Ichi |last=Nishizawa|editor-first1=Roland|editor-last1=Sittig|editor-first2=P.|editor-last2=Roggwiller|publisher=Springer|chapter=Junction Field-Effect Devices|title=Semiconductor Devices for Power Conditioning|year=1982|pages=241–272|doi=10.1007/978-1-4684-7263-9_11|isbn=978-1-4684-7265-3}}</ref> हालांकि, JFET में अभी भी सामान्य रूप से जंक्शन ट्रांजिस्टर को प्रभावित करने वाले मुद्दे थे।<ref name="Moskowitz">{{cite book |last1=Moskowitz |first1=Sanford L. |title=Advanced Materials Innovation: Managing Global Technology in the 21st century |date=2016 |publisher=[[John Wiley & Sons]] |isbn=9780470508923 |page=168 |url=https://books.google.com/books?id=2STRDAAAQBAJ&pg=PA168}}</ref> जंक्शन ट्रांजिस्टर अपेक्षाकृत भारी उपकरण थे जो एक द्रव्यमान-उत्पादन के आधार पर निर्माण करना मुश्किल था, जो उन्हें कई विशेष अनुप्रयोगों तक सीमित कर देता था।इंसुलेटेड-गेट फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (IGFET) को जंक्शन ट्रांजिस्टर के संभावित विकल्प के रूप में सिद्धांत दिया गया था, लेकिन शोधकर्ता कामकाजी IGFET का निर्माण करने में असमर्थ थे, बड़े पैमाने पर परेशानी भरे सतह की स्थिति के कारण जो बाहरी विद्युत क्षेत्र को सामग्री में प्रवेश करने से रोकता था।<ref name="Moskowitz"/>1950 के दशक के मध्य तक, शोधकर्ताओं ने बड़े पैमाने पर एफईटी अवधारणा को छोड़ दिया था, और इसके बजाय द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर (बीजेटी) तकनीक पर ध्यान केंद्रित किया था।<ref name="triumph">{{cite web |title=The Foundation of Today's Digital World: The Triumph of the MOS Transistor |url=https://www.youtube.com/watch?v=q6fBEjf9WPw |publisher=[[Computer History Museum]] |access-date=21 July 2019 |date=13 July 2010}}</ref>
MOSFET तकनीक की नींव विलियम शॉक्ले, जॉन बार्डीन और वाल्टर ब्रेटन के काम द्वारा रखी गई थी। शॉक्ले ने स्वतंत्र रूप से 1945 में एफईटी अवधारणा की कल्पना की, लेकिन वह एक कामकाजी उपकरण बनाने में असमर्थ थे। अगले साल बार्डेन ने सतह के राज्यों के संदर्भ में अपनी विफलता के बारे में बताया। बार्डेन ने अर्धचालक पर सतह राज्यों के सिद्धांत को लागू किया (सतह राज्यों पर पिछला काम 1939 में शॉक्ले द्वारा किया गया था और 1932 में इगोर टैम) और महसूस किया कि बाहरी क्षेत्र को सतह पर अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों के कारण अवरुद्ध किया गया था जो सेमीकंडक्टर सतह के लिए तैयार किए गए हैं। इलेक्ट्रॉन उन स्थानीयकृत राज्यों में फंस जाते हैं जो एक उलटा परत बनाते हैं। बार्डेन की परिकल्पना ने सतह के जन्म को चिह्नित किया। बार्डीन ने तब अर्धचालक की बहुत पतली परत के बजाय एक उलटा परत का उपयोग करने का फैसला किया, जिसे शॉक्ले ने अपने एफईटी डिजाइनों में कल्पना की थी। उनके सिद्धांत के आधार पर, 1948 में बार्डीन ने एक उलटा परत के साथ एक अछूता-गेट FET (IGFET) MOSFET के पूर्वज का पेटेंट कराया। उलटा परत अल्पसंख्यक वाहकों के प्रवाह को सीमित करती है, मॉड्यूलेशन और चालकता बढ़ जाती है, हालांकि इसका इलेक्ट्रॉन परिवहन गेट के इन्सुलेटर या ऑक्साइड की गुणवत्ता पर निर्भर करता है यदि एक इन्सुलेटर के रूप में उपयोग किया जाता है, तो उलटा परत के ऊपर जमा किया जाता है। बार्डीन के पेटेंट के साथ -साथ एक उलटा परत की अवधारणा आज सीएमओएस तकनीक का आधार बनती है। 1976 में शॉक्ले ने बार्डेन की सतह की राज्य परिकल्पना को अर्धचालक कार्यक्रम में सबसे महत्वपूर्ण अनुसंधान विचारों में से एक के रूप में वर्णित किया।<ref name="b1">{{cite book | author=Howard R. Duff | title=AIP Conference Proceedings | chapter=John Bardeen and transistor physics | date=2001 | volume=550 | pages=3–32 | doi=10.1063/1.1354371 | doi-access=free }}</ref>
MOSFET तकनीक की नींव विलियम शॉक्ले, जॉन बार्डीन और वाल्टर ब्रेटन के काम द्वारा रखी गई थी। शॉक्ले ने स्वतंत्र रूप से 1945 में एफईटी अवधारणा की कल्पना की, लेकिन वह एक कामकाजी उपकरण बनाने में असमर्थ थे। अगले साल बार्डेन ने सतह के राज्यों के संदर्भ में अपनी विफलता के बारे में बताया। बार्डेन ने अर्धचालक पर सतह राज्यों के सिद्धांत को लागू किया (सतह राज्यों पर पिछला काम 1939 में शॉक्ले द्वारा किया गया था और 1932 में इगोर टैम) और महसूस किया कि बाहरी क्षेत्र को सतह पर अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों के कारण अवरुद्ध किया गया था जो सेमीकंडक्टर सतह के लिए तैयार किए गए हैं। इलेक्ट्रॉन उन स्थानीयकृत राज्यों में फंस जाते हैं जो एक उलटा परत बनाते हैं। बार्डेन की परिकल्पना ने सतह के जन्म को चिह्नित किया। बार्डीन ने तब अर्धचालक की बहुत पतली परत के बजाय एक उलटा परत का उपयोग करने का फैसला किया, जिसे शॉक्ले ने अपने एफईटी डिजाइनों में कल्पना की थी। उनके सिद्धांत के आधार पर, 1948 में बार्डीन ने एक उलटा परत के साथ एक अछूता-गेट FET (IGFET) MOSFET के पूर्वज का पेटेंट कराया। उलटा परत अल्पसंख्यक वाहकों के प्रवाह को सीमित करती है, मॉड्यूलेशन और चालकता बढ़ जाती है, हालांकि इसका इलेक्ट्रॉन परिवहन गेट के इन्सुलेटर या ऑक्साइड की गुणवत्ता पर निर्भर करता है यदि एक इन्सुलेटर के रूप में उपयोग किया जाता है, तो उलटा परत के ऊपर जमा किया जाता है। बार्डीन के पेटेंट के साथ -साथ एक उलटा परत की अवधारणा आज सीएमओएस तकनीक का आधार बनती है। 1976 में शॉक्ले ने बार्डेन की सतह की राज्य परिकल्पना को अर्धचालक कार्यक्रम में सबसे महत्वपूर्ण अनुसंधान विचारों में से एक के रूप में वर्णित किया।<ref name="b1">{{cite book | author=Howard R. Duff | title=AIP Conference Proceedings | chapter=John Bardeen and transistor physics | date=2001 | volume=550 | pages=3–32 | doi=10.1063/1.1354371 | doi-access=free }}</ref>

Revision as of 14:02, 10 September 2022

"FET" redirects here. For other uses, see FET (disambiguation).

एक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर का क्रॉस-सेक्शनल दृश्य, स्रोत, गेट और ड्रेन टर्मिनलों को दिखाते हुए

फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (FET) एक प्रकार का ट्रांजिस्टर है जो अर्धचालक में करंट के प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए एक विद्युत क्षेत्र का उपयोग करता है।FETS (JFETs या MOSFETs) तीन टर्मिनलों वाले उपकरण हैं: स्रोत, गेट और ड्रेन FETs गेट पर एक वोल्टेज को लगाकर करंट के प्रवाह को नियंत्रित करते हैं, जो बदले में ड्रेन और स्रोत के बीच चालकता को बदल देता है।

FETs को एकध्रुवीय ट्रांजिस्टर के रूप में भी जाना जाता है, क्योंकि वे एकल-वाहक-प्रकार के ऑपरेशन को शामिल करते हैं।अर्थात्, FETs अपने ऑपरेशन में चार्ज वाहक के रूप में इलेक्ट्रॉनों (एन-चैनल) या छेद (पी-चैनल) का उपयोग करते हैं, लेकिन दोनों नहीं।कई अलग -अलग प्रकार के क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर मौजूद हैं।फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर आमतौर पर कम आवृत्तियों पर बहुत उच्च इनपुट प्रतिबाधा प्रदर्शित करते हैं।सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर MOSFET (धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर) है।

इतिहास

Further information: अधिक जानकारी: ट्रांजिस्टर का इतिहास
जूलियस एडगर लिलिएनफेल्ड ने 1925 में एक फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर की अवधारणा का प्रस्ताव रखा।

एक फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (FET) की अवधारणा को पहली बार 1925 में ऑस्ट्रो-हंगेरियन भौतिक विज्ञानी जूलियस एडगर लिलिएनफेल्ड द्वारा[1] और 1934 में ऑस्कर हील द्वारा, पेटेंट कराया गया था। लेकिन वे अवधारणा के आधार पर एक व्यावहारिक अर्धचालक उपकरण बनाने में असमर्थ थे।17 साल के पेटेंट की समय सीमा समाप्त होने के तुरंत बाद देखा प्रभाव को बाद में देखा गया और जॉन बार्डीन और वाल्टर हाउसर ब्रेटैन ने 1947 में बेल लैब्स में विलियम शॉक्ले के तहत काम करते हुए 17 साल के पेटेंट की समय सीमा समाप्त होने के तुरंत बाद देखा।शॉक्ले ने शुरू में एक कामकाजी FET का निर्माण करने का प्रयास किया, एक अर्धचालक की चालकता को संशोधित करने की कोशिश करके, लेकिन असफल रहा, मुख्य रूप से सतह के राज्यों, झूलने वाले बंधन और जर्मेनियम और तांबे के यौगिक सामग्री के साथ समस्याओं के कारण।एक कामकाजी FET के निर्माण में उनकी विफलता के पीछे रहस्यमय कारणों को समझने की कोशिश में, इसने 1947 में पॉइंट-कॉन्टैक्ट ट्रांजिस्टर का आविष्कार करने के बजाय बार्डीन और ब्रेटन को जन्म दिया, जिसके बाद 1948 में शॉक्ले के द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर थे।[2][3] सफलतापूर्वक निर्मित होने वाला पहला FET डिवाइस जंक्शन फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (JFET) था।[2]एक JFET को पहली बार 1945 में हेनरिक वेलकर द्वारा पेटेंट कराया गया था।[4] स्टेटिक इंडक्शन ट्रांजिस्टर (SIT), एक छोटे चैनल के साथ JFET का एक प्रकार, 1950 में जापानी इंजीनियरों जून-इची निशिज़ावा और वाई। वतनबे द्वारा आविष्कार किया गया था। 1952 में JFET पर शॉक्ले के सैद्धांतिक उपचार के बाद, एक कामकाजी व्यावहारिक JFET का निर्माण किया गया था।1953 में जॉर्ज एफ। डेसी और इयान एम। रॉस।[5] हालांकि, JFET में अभी भी सामान्य रूप से जंक्शन ट्रांजिस्टर को प्रभावित करने वाले मुद्दे थे।[6] जंक्शन ट्रांजिस्टर अपेक्षाकृत भारी उपकरण थे जो एक द्रव्यमान-उत्पादन के आधार पर निर्माण करना मुश्किल था, जो उन्हें कई विशेष अनुप्रयोगों तक सीमित कर देता था।इंसुलेटेड-गेट फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (IGFET) को जंक्शन ट्रांजिस्टर के संभावित विकल्प के रूप में सिद्धांत दिया गया था, लेकिन शोधकर्ता कामकाजी IGFET का निर्माण करने में असमर्थ थे, बड़े पैमाने पर परेशानी भरे सतह की स्थिति के कारण जो बाहरी विद्युत क्षेत्र को सामग्री में प्रवेश करने से रोकता था।[6]1950 के दशक के मध्य तक, शोधकर्ताओं ने बड़े पैमाने पर एफईटी अवधारणा को छोड़ दिया था, और इसके बजाय द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर (बीजेटी) तकनीक पर ध्यान केंद्रित किया था।[7] MOSFET तकनीक की नींव विलियम शॉक्ले, जॉन बार्डीन और वाल्टर ब्रेटन के काम द्वारा रखी गई थी। शॉक्ले ने स्वतंत्र रूप से 1945 में एफईटी अवधारणा की कल्पना की, लेकिन वह एक कामकाजी उपकरण बनाने में असमर्थ थे। अगले साल बार्डेन ने सतह के राज्यों के संदर्भ में अपनी विफलता के बारे में बताया। बार्डेन ने अर्धचालक पर सतह राज्यों के सिद्धांत को लागू किया (सतह राज्यों पर पिछला काम 1939 में शॉक्ले द्वारा किया गया था और 1932 में इगोर टैम) और महसूस किया कि बाहरी क्षेत्र को सतह पर अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों के कारण अवरुद्ध किया गया था जो सेमीकंडक्टर सतह के लिए तैयार किए गए हैं। इलेक्ट्रॉन उन स्थानीयकृत राज्यों में फंस जाते हैं जो एक उलटा परत बनाते हैं। बार्डेन की परिकल्पना ने सतह के जन्म को चिह्नित किया। बार्डीन ने तब अर्धचालक की बहुत पतली परत के बजाय एक उलटा परत का उपयोग करने का फैसला किया, जिसे शॉक्ले ने अपने एफईटी डिजाइनों में कल्पना की थी। उनके सिद्धांत के आधार पर, 1948 में बार्डीन ने एक उलटा परत के साथ एक अछूता-गेट FET (IGFET) MOSFET के पूर्वज का पेटेंट कराया। उलटा परत अल्पसंख्यक वाहकों के प्रवाह को सीमित करती है, मॉड्यूलेशन और चालकता बढ़ जाती है, हालांकि इसका इलेक्ट्रॉन परिवहन गेट के इन्सुलेटर या ऑक्साइड की गुणवत्ता पर निर्भर करता है यदि एक इन्सुलेटर के रूप में उपयोग किया जाता है, तो उलटा परत के ऊपर जमा किया जाता है। बार्डीन के पेटेंट के साथ -साथ एक उलटा परत की अवधारणा आज सीएमओएस तकनीक का आधार बनती है। 1976 में शॉक्ले ने बार्डेन की सतह की राज्य परिकल्पना को अर्धचालक कार्यक्रम में सबसे महत्वपूर्ण अनुसंधान विचारों में से एक के रूप में वर्णित किया।[8] बार्डीन की सतह के राज्य सिद्धांत के बाद तिकड़ी ने सतह राज्यों के प्रभाव को दूर करने की कोशिश की।1947 के अंत में, रॉबर्ट गिबनी और ब्रेटन ने सतह के राज्यों के प्रभावों को दूर करने के लिए धातु और अर्धचालक के बीच रखे गए इलेक्ट्रोलाइट के उपयोग का सुझाव दिया।उनके FET डिवाइस ने काम किया, लेकिन प्रवर्धन खराब था।बार्डीन ने आगे बढ़कर सुझाव दिया कि वह उलटा परत की चालकता पर ध्यान केंद्रित करे।आगे के प्रयोगों ने उन्हें बेहतर परिणाम प्राप्त करने की उम्मीद में एक ठोस ऑक्साइड परत के साथ इलेक्ट्रोलाइट को बदलने के लिए प्रेरित किया।उनका लक्ष्य ऑक्साइड की परत में प्रवेश करना और उलटा परत तक पहुंचना था।हालांकि, बार्डेन ने सुझाव दिया कि वे सिलिकॉन से जर्मेनियम में स्विच करते हैं और इस प्रक्रिया में उनके ऑक्साइड को अनजाने में धोया जाता है।वे पूरी तरह से अलग ट्रांजिस्टर, बिंदु-संपर्क ट्रांजिस्टर पर ठोकर खाई।लिलियन होडेसन का तर्क है कि ब्रेटेन और बार्डेन जर्मेनियम के बजाय सिलिकॉन के साथ काम कर रहे थे, वे एक सफल फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर में ठोकर खाई थीं।[8][9][10][11][12] 1950 के दशक की पहली छमाही के अंत तक, बार्डीन, ब्रेटन, किंग्स्टन, मॉरिसन और अन्य के सैद्धांतिक और प्रयोगात्मक कार्य के बाद, यह अधिक स्पष्ट हो गया कि दो प्रकार के सतह राज्य थे। तेजी से सतह के राज्यों को थोक और एक अर्धचालक/ऑक्साइड इंटरफ़ेस के साथ जुड़ा हुआ पाया गया। धीमी सतह के राज्यों को ऑक्साइड से ऑक्साइड, अणुओं और आयनों के सोखने के कारण ऑक्साइड परत के साथ जुड़ा हुआ पाया गया। उत्तरार्द्ध बहुत अधिक पाए गए थे और बहुत अधिक समय के लिए विश्राम के समय थे। उस समय फिलो फ़ार्न्सवर्थ और अन्य परमाणु स्वच्छ अर्धचालक सतहों के उत्पादन के विभिन्न तरीकों के साथ आए।

1955 में, कार्ल फ्रॉश और लिंकन डेरिक ने गलती से सिलिकॉन वेफर की सतह को सिलिकॉन डाइऑक्साइड की एक परत के साथ कवर किया। उन्होंने दिखाया कि ऑक्साइड की परत ने कुछ डोपेंट को सिलिकॉन वेफर में रोका, जबकि दूसरों के लिए अनुमति दी, इस प्रकार अर्धचालक सतह पर ऑक्सीकरण के पैसिविंग प्रभाव की खोज की। उनके आगे के काम ने दिखाया कि सिलिकॉन वेफर के चयनित क्षेत्रों में डोपेंट को फैलाने के लिए ऑक्साइड परत में छोटे उद्घाटन को कैसे खोला जाए। 1957 में, उन्होंने एक शोध पत्र प्रकाशित किया और अपनी तकनीक को उनके काम को सारांशित करते हुए पेटेंट कराया। उनके द्वारा विकसित की गई तकनीक को ऑक्साइड प्रसार मास्किंग के रूप में जाना जाता है, जिसका उपयोग बाद में MOSFET उपकरणों के निर्माण में किया जाएगा। बेल लैब्स में, फ्रॉश की तकनीक के महत्व को तुरंत महसूस किया गया था। उनके काम के परिणाम 1957 में प्रकाशित होने से पहले बीटीएल मेमो के रूप में बेल लैब्स के आसपास प्रसारित किए गए। शॉक्ले सेमीकंडक्टर में, शॉक्ले ने दिसंबर 1956 में अपने सभी वरिष्ठ कर्मचारियों को जीन होर्नी सहित अपने लेख के प्रीप्रिंट को प्रसारित किया था।[6][13][14] 1955 में, इयान मुनरो रॉस ने एक FEFET या MFSFET के लिए पेटेंट दायर किया।इसकी संरचना एक आधुनिक उलटा चैनल MOSFET की तरह थी, लेकिन फेरोइलेक्ट्रिक सामग्री का उपयोग ऑक्साइड के बजाय एक ढांकता हुआ/इन्सुलेटर के रूप में किया गया था।उन्होंने इसे फ्लोटिंग गेट मोसफेट से सालों पहले, स्मृति के रूप में कल्पना की थी।फरवरी 1957 में, जे। टोर्कल वालमार्क | जॉन वॉलमार्क ने पतली-फिल्म ट्रांजिस्टर के लिए एक पेटेंट दायर किया। FET जिसमें जर्मेनियम मोनोऑक्साइड को गेट ढांकता हुआ के रूप में इस्तेमाल किया गया था, लेकिन उन्होंने विचार का पीछा नहीं किया।अपने अन्य पेटेंट में उसी वर्ष दायर किया गया था, उन्होंने एक डबल गेट फेट का वर्णन किया।मार्च 1957 में, अपनी प्रयोगशाला नोटबुक में, बेल लैब्स के एक शोध वैज्ञानिक, अर्नेस्टो लैबेट में, बाद में प्रस्तावित MOSFET के समान एक उपकरण की कल्पना की गई थी, हालांकि लैबेट के डिवाइस ने स्पष्ट रूप से सिलिकॉन डाइऑक्साइड का उपयोग एक इन्सुलेटर के रूप में नहीं किया था।[15][16][17][18]


मेटल-ऑक्साइड-सेमिकंडक्टर FET (MOSFET)

Main article: MOSFET
File:Dawon Kahng.jpg
Mohamed Atalla (left) and Dawon Kahng (right) invented the MOSFET (MOS field-effect transistor) in 1959.

एफईटी अनुसंधान में एक सफलता 1950 के दशक के अंत में मिस्र के इंजीनियर मोहम्मद अटला के काम के साथ आई थी।[3]1958 में उन्होंने प्रायोगिक कार्य प्रस्तुत किया, जिसमें दिखाया गया कि स्वच्छ सिलिकॉन सतह पर पतली सिलिकॉन ऑक्साइड बढ़ने से सतह के राज्यों का बेअसर हो जाता है।यह सतह पास होने के रूप में जाना जाता है, एक विधि जो अर्धचालक उद्योग के लिए महत्वपूर्ण हो गई क्योंकि इसने सिलिकॉन एकीकृत सर्किट के बड़े पैमाने पर उत्पादन को संभव बना दिया।[19][20] मेटल-ऑक्साइड-सेमिकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (MOSFET) का आविष्कार तब मोहम्मद अटला और दाऊन काहंग ने 1959 में किया था।[21][22] MOSFET ने बड़े पैमाने पर द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर और JFET दोनों को समाप्त कर दिया,[2]और डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक विकास पर गहरा प्रभाव पड़ा।[23][22]इसकी उच्च स्केलेबिलिटी के साथ,[24] और द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर की तुलना में बहुत कम बिजली की खपत और उच्च घनत्व,[25] MOSFET ने उच्च घनत्व वाले एकीकृत सर्किट का निर्माण करना संभव बना दिया।[26] MOSFET भी JFET की तुलना में उच्च शक्ति को संभालने में सक्षम है।[27] MOSFET पहला सही मायने में कॉम्पैक्ट ट्रांजिस्टर था जिसे उपयोग की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए लघु और बड़े पैमाने पर उत्पादित किया जा सकता था।[6]MOSFET इस प्रकार कंप्यूटर, इलेक्ट्रॉनिक्स में ट्रांजिस्टर का सबसे आम प्रकार बन गया,[20]और संचार प्रौद्योगिकी (जैसे स्मार्टफोन)।[28] यूएस पेटेंट और ट्रेडमार्क कार्यालय इसे एक शानदार आविष्कार कहता है जिसने दुनिया भर में जीवन और संस्कृति को बदल दिया।[28]

CMOS (पूरक MOS), MOSFETS के लिए एक अर्धचालक डिवाइस निर्माण प्रक्रिया, 1963 में फेयरचाइल्ड सेमीकंडक्टर में चिह-तांग SAH और फ्रैंक वानलास द्वारा विकसित किया गया था।[29][30] एक फ्लोटिंग-गेट MOSFET की पहली रिपोर्ट 1967 में Dawon Kahng और Simon Sze द्वारा की गई थी।[31] एक डबल-गेट MOSFET को पहली बार 1984 में इलेक्ट्रोटेक्निकल प्रयोगशाला शोधकर्ताओं तोशीहिरो सेकिगावा और युताका हयाशी द्वारा प्रदर्शित किया गया था।[32][33] फिनफेट (फिन फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर), एक प्रकार का 3 डी नॉन-प्लानर मल्टी-गेट मोसफेट, जो 1989 में हिताची सेंट्रल रिसर्च लेबोरेटरी में Digh Hasamoto और उनकी टीम के शोध से उत्पन्न हुआ था।[34][35]


बुनियादी जानकारी

See also: Charge carrier § Majority and minority carriers

FETS बहुसंख्यक-चार्ज-कैरियर डिवाइस हो सकते हैं, जिसमें वर्तमान को मुख्य रूप से बहुसंख्यक वाहक, या अल्पसंख्यक-चार्ज-वाहक उपकरणों द्वारा ले जाया जाता है, जिसमें वर्तमान मुख्य रूप से अल्पसंख्यक वाहक के प्रवाह के कारण होता है।[36] डिवाइस में एक सक्रिय चैनल होता है, जिसके माध्यम से वाहक, इलेक्ट्रॉनों या छेद होते हैं, स्रोत से नाली तक प्रवाहित होते हैं।स्रोत और नाली टर्मिनल कंडक्टर ओमिक संपर्कों के माध्यम से अर्धचालक से जुड़े हैं।चैनल की चालकता गेट और स्रोत टर्मिनलों में लागू क्षमता का एक कार्य है।

FET के तीन टर्मिनल हैं:[37]

  1. Source (ओं), जिसके माध्यम से वाहक चैनल में प्रवेश करते हैं।परंपरागत रूप से, वर्तमान में चैनल में प्रवेश करना मैं द्वारा निर्दिष्ट किया गया हैS।
  2. Drain (D), जिसके माध्यम से वाहक चैनल छोड़ देते हैं।परंपरागत रूप से, डी पर चैनल में प्रवेश करने वाला वर्तमान मैं द्वारा नामित हैD।नाली-से-स्रोत वोल्टेज v हैDS।
  3. Gate (G), वह टर्मिनल जो चैनल चालकता को नियंत्रित करता है।वोल्टेज को जी पर लागू करके, कोई भी मैं नियंत्रित कर सकता हैD।

टर्मिनलों के बारे में अधिक

एन-टाइप MOSFET का क्रॉस सेक्शन

सभी FETs में स्रोत, नाली और गेट टर्मिनल होते हैं जो BJTS के एमिटर, कलेक्टर और बेस के अनुरूप होते हैं। अधिकांश फेट्स में एक चौथा टर्मिनल होता है जिसे बॉडी, बेस, थोक या सब्सट्रेट कहा जाता है। यह चौथा टर्मिनल ट्रांजिस्टर को ऑपरेशन में पूर्वाग्रह करने का कार्य करता है; सर्किट डिजाइनों में बॉडी टर्मिनल का गैर-तुच्छ उपयोग करना दुर्लभ है, लेकिन एक एकीकृत सर्किट के भौतिक लेआउट को स्थापित करते समय इसकी उपस्थिति महत्वपूर्ण है। गेट का आकार, आरेख में लंबाई एल, स्रोत और नाली के बीच की दूरी है। चौड़ाई ट्रांजिस्टर का विस्तार है, आरेख में क्रॉस सेक्शन के लिए लंबवत दिशा में (यानी, स्क्रीन से बाहर/बाहर)। आमतौर पर चौड़ाई गेट की लंबाई से बहुत बड़ी होती है। 1 & nbsp की एक गेट लंबाई; µm ऊपरी आवृत्ति को लगभग 5 & nbsp; GHz, 0.2 & nbsp; µm को लगभग 30 & nbsp; GHz तक सीमित करता है।

टर्मिनलों के नाम उनके कार्यों को संदर्भित करते हैं। गेट टर्मिनल को एक भौतिक गेट के उद्घाटन और समापन को नियंत्रित करने के रूप में सोचा जा सकता है। यह गेट इलेक्ट्रॉनों को स्रोत और नाली के बीच एक चैनल बनाने या समाप्त करके उनके मार्ग को प्रवाहित करने या अवरुद्ध करने की अनुमति देता है। स्रोत टर्मिनल से नाली टर्मिनल की ओर इलेक्ट्रॉन-प्रवाह एक लागू वोल्टेज से प्रभावित होता है। शरीर केवल अर्धचालक के थोक को संदर्भित करता है जिसमें गेट, स्रोत और नाली झूठ बोलते हैं। आमतौर पर बॉडी टर्मिनल FET के प्रकार के आधार पर, सर्किट के भीतर उच्चतम या निम्नतम वोल्टेज से जुड़ा होता है। बॉडी टर्मिनल और सोर्स टर्मिनल कभी -कभी एक साथ जुड़े होते हैं क्योंकि स्रोत अक्सर सर्किट के भीतर उच्चतम या सबसे कम वोल्टेज से जुड़ा होता है, हालांकि एफईटी के कई उपयोग होते हैं जिनमें ऐसा कॉन्फ़िगरेशन नहीं होता है, जैसे कि ट्रांसमिशन गेट और कैस्कोड सर्किट।

BJTS के विपरीत, FET के विशाल बहुमत विद्युत रूप से सममित हैं। इस प्रकार स्रोत और नाली टर्मिनलों को व्यावहारिक सर्किट में आपस में संचालन विशेषताओं या फ़ंक्शन में कोई बदलाव नहीं किया जा सकता है। यह भ्रामक हो सकता है जब एफईटी योजनाबद्ध आरेखों और सर्किटों में पीछे की ओर जुड़ा हुआ दिखाई देता है क्योंकि एफईटी के भौतिक अभिविन्यास को अन्य कारणों से तय किया गया था, जैसे कि मुद्रित सर्किट लेआउट विचार।

वर्तमान पर गेट वोल्टेज का प्रभाव

I-V विशेषताएं और एक JFET N-CHANNEL ट्रांजिस्टर की आउटपुट प्लॉट।
दाईं ओर के लिए सिमुलेशन परिणाम: उलटा चैनल (इलेक्ट्रॉन घनत्व) और बाईं ओर का गठन: एक एन-चैनल नैनोवायर MOSFET में वर्तमान-गेट वोल्टेज वक्र (स्थानांतरण विशेषताओं)।ध्यान दें कि इस डिवाइस के लिए दहलीज वोल्टेज 0.45 & nbsp; v के आसपास है।
भ्रूण पारंपरिक प्रतीक प्रकार

एफईटी गेट और सोर्स टर्मिनलों में लागू वोल्टेज (या वोल्टेज की कमी) द्वारा बनाए गए एक प्रवाहकीय चैनल के आकार और आकार को प्रभावित करके स्रोत से नाली से इलेक्ट्रॉनों (या इलेक्ट्रॉन छेद) के प्रवाह को नियंत्रित करता है।(सादगी के लिए, यह चर्चा मानती है कि शरीर और स्रोत जुड़े हुए हैं।) यह प्रवाहकीय चैनल वह धारा है जिसके माध्यम से इलेक्ट्रॉन स्रोत से नाली तक प्रवाहित होते हैं।

एन-चैनल FET

एन-चैनल की कमी-मोड डिवाइस में, एक नकारात्मक गेट-टू-सोर्स वोल्टेज एक कमी क्षेत्र का कारण बनता है, जो चैनल को संकीर्ण करते हुए पक्षों से चैनल पर चौड़ाई और अतिक्रमण में विस्तार करता है। यदि सक्रिय क्षेत्र चैनल को पूरी तरह से बंद करने के लिए फैलता है, तो स्रोत से नाली तक चैनल का प्रतिरोध बड़ा हो जाता है, और FET को प्रभावी रूप से एक स्विच की तरह बंद कर दिया जाता है (सही आंकड़ा देखें, जब बहुत छोटा वर्तमान होता है)। इसे पिंच-ऑफ कहा जाता है, और जिस वोल्टेज पर यह होता है उसे पिंच-ऑफ वोल्टेज कहा जाता है। इसके विपरीत, एक सकारात्मक गेट-टू-सोर्स वोल्टेज चैनल के आकार को बढ़ाता है और इलेक्ट्रॉनों को आसानी से प्रवाहित करने की अनुमति देता है (सही आंकड़ा देखें, जब एक चालन चैनल होता है और वर्तमान बड़ा होता है)।

एन-चैनल एन्हांसमेंट-मोड डिवाइस में, एक प्रवाहकीय चैनल ट्रांजिस्टर के भीतर स्वाभाविक रूप से मौजूद नहीं है, और एक बनाने के लिए एक सकारात्मक गेट-टू-सोर्स वोल्टेज आवश्यक है। सकारात्मक वोल्टेज शरीर के भीतर गेट की ओर मुक्त-फ्लोटिंग इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करता है, जिससे एक प्रवाहकीय चैनल बनता है। लेकिन पहले, भ्रूण के शरीर में जोड़े गए डोपेंट आयनों का मुकाबला करने के लिए गेट के पास पर्याप्त इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित किया जाना चाहिए; यह एक ऐसा क्षेत्र बनाता है जिसमें कोई मोबाइल वाहक नहीं होता है जिसे एक कमी क्षेत्र कहा जाता है, और जिस वोल्टेज पर ऐसा होता है, उसे FET के दहलीज वोल्टेज के रूप में संदर्भित किया जाता है। आगे गेट-टू-सोर्स वोल्टेज वृद्धि गेट की ओर और भी अधिक इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करेगी जो स्रोत से नाली तक सक्रिय चैनल में सक्षम हैं।

(यह यहां लिखा गया था कि जब छेद को संतुलित करने के लिए चैनल में अधिक इलेक्ट्रॉन होते हैं, तो इसे एक उलटा कहा जाता है। सही ढंग से, उलटा वह क्षण होता है जब बैंड झुकने से प्रवाहकीय बैंड फर्मी के नीचे गिरने का कारण बनता है स्तर। तब सिस्टम की जमीनी स्थिति में भी मुफ्त शुल्क हैं। यह सच है कि यह उच्च वोल्टेज जैसे कि थ्रेशोल्ड वोल्टेज (एन-टाइप) पर होता है। लेकिन जो कुछ भी प्रवाहकीय है उसे एक उलटा नहीं कहा जाता है। थोड़ा भ्रामक था। मैं इस खंड के अंतिम वाक्य के अंतिम भाग को उलटा के साथ छोड़ दूंगा।)

पी-चैनल FET

पी-चैनल की कमी-मोड डिवाइस में, गेट से बॉडी तक एक सकारात्मक वोल्टेज गेट-इन्सुलेटर/सेमीकंडक्टर इंटरफ़ेस को इलेक्ट्रॉनों को मजबूर करके घटाव परत को चौड़ा करता है, जिससे इमोबाइल, सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए स्वीकर्ता आयनों का एक वाहक-मुक्त क्षेत्र उजागर होता है।

इसके विपरीत, एक पी-चैनल एन्हांसमेंट-मोड डिवाइस में, एक प्रवाहकीय क्षेत्र मौजूद नहीं है और एक चालन चैनल उत्पन्न करने के लिए नकारात्मक वोल्टेज का उपयोग किया जाना चाहिए।

चैनल पर नाली-से-स्रोत वोल्टेज का प्रभाव

गेट-टू-सोर्स वोल्टेज की तुलना में नाली-से-स्रोत वोल्टेज पर या तो एन्हांसमेंट- या डिप्लेशन-मोड डिवाइसेस के लिए, गेट वोल्टेज को बदलने से चैनल प्रतिरोध में बदलाव आएगा, और ड्रेन करंट ड्रेन वोल्टेज (स्रोत के संदर्भ में (संदर्भित) के लिए आनुपातिक होगा।वोल्टेज)।इस मोड में FET एक चर अवरोधक की तरह काम करता है और FET को एक रैखिक मोड या ओमिक मोड में काम करने के लिए कहा जाता है।[38][39] यदि ड्रेन-टू-सोर्स वोल्टेज बढ़ाया जाता है, तो यह स्रोत से नाली तक वोल्टेज क्षमता के एक ढाल के कारण चैनल के आकार में एक महत्वपूर्ण विषम परिवर्तन बनाता है।उलटा क्षेत्र का आकार चैनल के नाली के अंत के पास पिन-ऑफ हो जाता है।यदि ड्रेन-टू-सोर्स वोल्टेज को और बढ़ाया जाता है, तो चैनल का पिंच-ऑफ पॉइंट नाली से स्रोत की ओर जाना शुरू हो जाता है।FET को संतृप्ति मोड में कहा जाता है;[40] हालांकि कुछ लेखक इसे सक्रिय मोड के रूप में संदर्भित करते हैं, द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर ऑपरेटिंग क्षेत्रों के साथ एक बेहतर सादृश्य के लिए।[41][42] संतृप्ति मोड, या ओमिक और संतृप्ति के बीच के क्षेत्र का उपयोग तब किया जाता है जब प्रवर्धन की आवश्यकता होती है। बीच में क्षेत्र को कभी-कभी ओमिक या रैखिक क्षेत्र का हिस्सा माना जाता है, यहां तक ​​कि जहां नाली की धारा नाली वोल्टेज के साथ लगभग रैखिक नहीं है।

भले ही गेट-टू-सोर्स वोल्टेज द्वारा गठित प्रवाहकीय चैनल अब संतृप्ति मोड के दौरान स्रोत को नाली से जोड़ता है, वाहक बहने से अवरुद्ध नहीं होते हैं। फिर से एक एन-चैनल एन्हांसमेंट-मोड डिवाइस को ध्यान में रखते हुए, पी-टाइप बॉडी में एक कमी क्षेत्र मौजूद है, जो प्रवाहकीय चैनल और नाली और स्रोत क्षेत्रों के आसपास है। चैनल को शामिल करने वाले इलेक्ट्रॉनों को कमी क्षेत्र के माध्यम से चैनल से बाहर जाने के लिए स्वतंत्र है यदि नाली-से-स्रोत वोल्टेज द्वारा नाली की ओर आकर्षित हो। कमी क्षेत्र वाहक से मुक्त है और सिलिकॉन के समान एक प्रतिरोध है। ड्रेन-टू-सोर्स वोल्टेज की कोई भी वृद्धि नाली से पिंच-ऑफ पॉइंट तक की दूरी को बढ़ाएगी, जिससे ड्रेन-टू-सोर्स वोल्टेज के अनुपात में कमी क्षेत्र के प्रतिरोध में वृद्धि होगी। यह आनुपातिक परिवर्तन नाली-से-स्रोत करंट को अपेक्षाकृत निश्चित रूप से तय करने का कारण बनता है, ड्रेन-टू-सोर्स वोल्टेज में परिवर्तन से स्वतंत्र, ऑपरेशन के रैखिक मोड में इसके ओमिक व्यवहार के विपरीत। इस प्रकार, संतृप्ति मोड में, एफईटी एक अवरोधक के बजाय एक निरंतर-वर्तमान स्रोत के रूप में व्यवहार करता है, और प्रभावी रूप से वोल्टेज एम्पलीफायर के रूप में उपयोग किया जा सकता है। इस मामले में, गेट-टू-सोर्स वोल्टेज चैनल के माध्यम से निरंतर वर्तमान के स्तर को निर्धारित करता है।

रचना

FETS का निर्माण विभिन्न अर्धचालकों से किया जा सकता है, जिनमें से सिलिकॉन अब तक का सबसे आम है।अधिकांश फेट पारंपरिक बल्क का उपयोग करके बनाए जाते हैं सेमीकंडक्टर प्रोसेसिंग तकनीक, सक्रिय क्षेत्र, या चैनल के रूप में एकल क्रिस्टल सेमीकंडक्टर वेफर का उपयोग कर।

अधिक असामान्य शरीर सामग्री में अनाकार सिलिकॉन, पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन या अन्य अनाकार अर्धचालक पतले-फिल्म ट्रांजिस्टर या कार्बनिक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (OFETs) में हैं जो कार्बनिक सेमीकंडक्टर्स पर आधारित हैं;अक्सर, OTET गेट इंसुलेटर और इलेक्ट्रोड कार्बनिक पदार्थों से बने होते हैं, साथ ही साथ।इस तरह के FETs विभिन्न प्रकार की सामग्रियों जैसे कि सिलिकॉन कार्बाइड (SIC), गैलियम आर्सेनाइड (GAAS), गैलियम नाइट्राइड (GAN), और इंडियम गैलियम आर्सेनाइड (Ingaas) का उपयोग करके निर्मित किए जाते हैं।

जून 2011 में, आईबीएम ने घोषणा की कि उसने एक एकीकृत सर्किट में ग्राफीन-आधारित एफईटीएस का सफलतापूर्वक उपयोग किया था।[43][44] ये ट्रांजिस्टर लगभग 2.23 & nbsp; GHz कटऑफ आवृत्ति के लिए सक्षम हैं, मानक सिलिकॉन FETs की तुलना में बहुत अधिक है।[45]


प्रकार

ठेठ वोल्टेज के तहत रिक्तीकरण-प्रकार के FETs: JFET, पॉली-सिलिकॉन MOSFET, डबल-गेट MOSFET, मेटल-गेट MOSFET, MESFET।
  Depletion
  Electrons
  Holes
  Metal
  Insulator
शीर्ष: स्रोत, नीचे: नाली, बाएं: गेट, दाएं: बल्क।वोल्टेज जो चैनल गठन की ओर ले जाते हैं, नहीं दिखाए जाते हैं।

एक एफईटी के चैनल को एन-टाइप सेमीकंडक्टर या पी-टाइप सेमीकंडक्टर का उत्पादन करने के लिए डोप किया जाता है।नाली और स्रोत को चैनल के विपरीत प्रकार से डोप किया जा सकता है, एन्हांसमेंट मोड फेट्स के मामले में, या चैनल के समान प्रकार के डोप किए गए मोड फेट्स के रूप में।फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर भी चैनल और गेट के बीच इन्सुलेशन की विधि द्वारा प्रतिष्ठित हैं।FETs के प्रकारों में शामिल हैं:

  • MOSFET (मेटल-ऑक्साइड-सेमिकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर) एक इन्सुलेटर का उपयोग करता है (आमतौर पर SIO2) गेट और शरीर के बीच।यह अब तक का सबसे आम प्रकार है।
    • DGMOSFET (दोहरे-गेट MOSFET) या DGMOS, दो अछूता फाटकों के साथ एक MOSFET।
    • IGBT (इंसुलेटेड-गेट द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर) बिजली नियंत्रण के लिए एक उपकरण है।यह एक द्विध्रुवी जैसे मुख्य चालन चैनल के साथ मिलकर एक MOSFET के लिए एक संरचना है।इनका उपयोग आमतौर पर 200-3000 वी ड्रेन-टू-सोर्स वोल्टेज रेंज ऑफ ऑपरेशन के लिए किया जाता है।पावर MOSFETS अभी भी 1 से 200 V के नाली-से-स्रोत वोल्टेज के लिए पसंद का उपकरण है।
    • JLNT (जंक्शनलेस नैनोवायर ट्रांजिस्टर) एक प्रकार का फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (FET) है जो चैनल एक या कई नैनोवायर है और किसी भी जंक्शन को प्रस्तुत नहीं करता है।
    • MNOS (धातु-नाइट्राइड-ऑक्साइड-सेमिकंडक्टर ट्रांजिस्टर) गेट और शरीर के बीच एक नाइट्राइड-ऑक्साइड परत इन्सुलेटर का उपयोग करता है।
    • ISFET (आयन-संवेदनशील क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर) का उपयोग एक समाधान में आयन सांद्रता को मापने के लिए किया जा सकता है;जब आयन एकाग्रता (जैसे एच)+, पीएच इलेक्ट्रोड देखें) परिवर्तन, ट्रांजिस्टर के माध्यम से वर्तमान तदनुसार बदल जाएगा।
    • बायोफेट (जैविक रूप से संवेदनशील क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर) ISFET तकनीक पर आधारित सेंसर/बायोसेंसर का एक वर्ग है, जिसका उपयोग चार्ज अणुओं का पता लगाने के लिए किया जाता है;जब एक आवेशित अणु मौजूद होता है, तो बायोफेट सतह पर इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र में परिवर्तन ट्रांजिस्टर के माध्यम से वर्तमान में एक औसत दर्जे का परिवर्तन होता है।इनमें एंजाइम संशोधित FETs (ENFETs), इम्यूनोलॉजिकल रूप से संशोधित FETs (इम्युनोफेट्स), जीन-संशोधित FETS (GENFETS), DNAFETs, सेल-आधारित बायोफेट (CPFET), बीटल/चिप FETs (बीटलफेट्स), और आयन-चैनल पर आधारित FET शामिल हैं।प्रोबूजेन निबंध।[46]
    • DNAFET (डीएनए फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर) एक विशेष FET है जो एक बायोसेंसर के रूप में कार्य करता है, जो कि डीएनए स्ट्रैंड्स का पता लगाने के लिए एकल-स्ट्रैंड डीएनए अणुओं से बने गेट का उपयोग करके होता है।
    • फिनफेट, जिसमें गाफेट या गेट-ऑल-अराउंड एफईटी शामिल है, जिसका उपयोग उच्च घनत्व प्रोसेसर चिप्स पर किया जाता है
  • JFET (जंक्शन फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर) शरीर से गेट को अलग करने के लिए एक रिवर्स बायस्ड P-N जंक्शन का उपयोग करता है।
    • स्टेटिक इंडक्शन ट्रांजिस्टर (SIT) एक छोटे चैनल के साथ JFET का एक प्रकार है।
  • DEPFET एक FET है जो पूरी तरह से घटाया सब्सट्रेट में बनता है और एक ही समय में एक सेंसर, एम्पलीफायर और मेमोरी नोड के रूप में कार्य करता है। इसका उपयोग एक छवि (फोटॉन) सेंसर के रूप में किया जा सकता है।
  • FREDFET (फास्ट-रिवर्स या फास्ट-रिकवरी एपिटैक्सियल डायोड FET) एक विशेष FET है जो बॉडी डायोड की एक बहुत तेजी से रिकवरी (टर्न-ऑफ) प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो इलेक्ट्रिक मोटर्स, विशेष रूप से मध्यम जैसे प्रेरक भार को चलाने के लिए सुविधाजनक है। -पॉवर ब्रशलेस डीसी मोटर्स।
  • HIGFET (हेटरोस्ट्रक्चर इंसुलेटेड-गेट फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर) का उपयोग अब मुख्य रूप से अनुसंधान में किया जाता है।[47]
  • MODFET (मॉड्यूलेशन-डॉप्ड फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर) सक्रिय क्षेत्र के ग्रेडेड डोपिंग द्वारा गठित क्वांटम अच्छी तरह से संरचना का उपयोग करके एक उच्च-इलेक्ट्रॉन-मोबिलिटी ट्रांजिस्टर है।
  • TFET (टनल फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर) बैंड-टू-बैंड टनलिंग पर आधारित है।[48]
  • TQFET (टोपोलॉजिकल क्वांटम फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर) एक लागू विद्युत क्षेत्र का उपयोग करके पारंपरिक इन्सुलेटर ('ऑफ' स्टेट) में विघटन रहित टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर ('स्टेट ऑन' स्टेट) से 2 डी सामग्री को स्विच करता है।[49]
  • HEMT (उच्च-इलेक्ट्रॉन-मोबिलिटी ट्रांजिस्टर), जिसे HFET (हेटरोस्ट्रक्चर FET) भी कहा जाता है, को बैंड-गैप इंजीनियरिंग का उपयोग करके बनाया जा सकता है। Algaas जैसे एक टर्नरी सेमीकंडक्टर में बैंडगैप इंजीनियरिंग।पूरी तरह से घटाया गया चौड़ा-बैंड-गैप सामग्री गेट और शरीर के बीच अलगाव का निर्माण करती है।
  • MESFET (धातु-सेमिकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर) एक Schottky बैरियर के साथ JFET के P-N जंक्शन को प्रतिस्थापित करता है;और GAAS और अन्य III-V सेमीकंडक्टर सामग्री में उपयोग किया जाता है।
  • NOMFET एक नैनोपार्टिकल ऑर्गेनिक मेमोरी फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर है।[50]
  • GNRFET (ग्राफीन नैनोरिबोन फ़ील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर) अपने चैनल के लिए एक ग्राफीन नैनोरिबोन का उपयोग करता है।[51]
  • VESFET (वर्टिकल-स्लिट फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर) एक वर्ग के आकार का जंक्शनलेस FET है जिसमें एक संकीर्ण स्लिट है जो स्रोत को जोड़ता है और विपरीत कोनों पर नाली को जोड़ता है।दो गेट अन्य कोनों पर कब्जा करते हैं, और स्लिट के माध्यम से वर्तमान को नियंत्रित करते हैं।[52]
  • CNTFET (कार्बन नैनोट्यूब फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर)।
  • OFET (कार्बनिक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर) अपने चैनल में एक कार्बनिक अर्धचालक का उपयोग करता है।
  • QFET (क्वांटम फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर) इलेक्ट्रॉन चालन के पारंपरिक ट्रांजिस्टर के क्षेत्र को समाप्त करके ट्रांजिस्टर संचालन की गति को बढ़ाने के लिए क्वांटम टनलिंग का लाभ उठाता है।
  • SB-FET (Schottky-Barrier Field-Effect Transstor) धातु के स्रोत और नाली संपर्क इलेक्ट्रोड के साथ एक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर है, जो स्रोत-चैनल और नाली-चैनल इंटरफेस दोनों में Schottky बाधाओं का निर्माण करता है।[53][54]
  • GFET एक अत्यधिक संवेदनशील ग्राफीन-आधारित क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर है जिसका उपयोग बायोसेंसर और रासायनिक सेंसर के रूप में किया जाता है।ग्राफीन की 2 आयामी संरचना के कारण, इसके भौतिक गुणों के साथ, GFET संवेदन अनुप्रयोगों में 'झूठी सकारात्मकता' के संवेदनशीलता में वृद्धि, और कम उदाहरणों की पेशकश करते हैं[55]
  • Fe FET गेट के बीच एक फेरोइलेक्ट्रिक का उपयोग करता है, जिससे ट्रांजिस्टर को पूर्वाग्रह की अनुपस्थिति में अपने राज्य को बनाए रखने की अनुमति मिलती है - ऐसे उपकरणों में गैर -वाष्पशील मेमोरी के रूप में आवेदन हो सकता है।
  • VTFET, या वर्टिकल-ट्रांसपोर्ट फ़ील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर, IBM का 2021 उच्च घनत्व और कम शक्ति की अनुमति देने के लिए FinFET का संशोधन।[56]


लाभ

फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर में 100 M and या उससे अधिक के क्रम का उच्च गेट-टू-ड्रेन वर्तमान प्रतिरोध होता है, जो नियंत्रण और प्रवाह के बीच उच्च स्तर का अलगाव प्रदान करता है।क्योंकि आधार वर्तमान शोर समय को आकार देने के साथ बढ़ेगा[clarification needed],[57] एक एफईटी आमतौर पर द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर (बीजेटी) की तुलना में कम शोर पैदा करता है, और वीएचएफ और सैटेलाइट रिसीवर के लिए ट्यूनर और कम-शोर एम्पलीफायरों जैसे शोर-संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक्स में पाया जाता है।यह विकिरण के लिए अपेक्षाकृत प्रतिरक्षा है।यह शून्य ड्रेन करंट में कोई ऑफसेट वोल्टेज नहीं प्रदर्शित करता है और एक उत्कृष्ट सिग्नल चॉपर बनाता है।इसमें आमतौर पर BJT की तुलना में बेहतर थर्मल स्थिरता होती है।[37]

क्योंकि फेट्स को गेट चार्ज द्वारा नियंत्रित किया जाता है, एक बार गेट बंद होने या खुला होने के बाद, कोई अतिरिक्त पावर ड्रॉ नहीं होता है, क्योंकि कुछ राज्यों में एक द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर या गैर-लैचिंग रिले के साथ होगा।यह बेहद कम-शक्ति स्विचिंग की अनुमति देता है, जो बदले में सर्किट के अधिक लघुकरण की अनुमति देता है क्योंकि अन्य प्रकार के स्विच की तुलना में गर्मी अपव्यय की आवश्यकता कम हो जाती है।

नुकसान

एक फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर में एक द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर की तुलना में अपेक्षाकृत कम लाभ -बैंडविथ उत्पाद होता है।MOSFETs वोल्टेज को ओवरलोड करने के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं, इस प्रकार स्थापना के दौरान विशेष हैंडलिंग की आवश्यकता होती है।[58] गेट और चैनल के बीच MOSFET की नाजुक इंसुलेटिंग परत इसे इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज के लिए असुरक्षित बनाती है या हैंडलिंग के दौरान थ्रेशोल्ड वोल्टेज में परिवर्तन करती है।यह आमतौर पर एक समस्या नहीं है जब डिवाइस को ठीक से डिज़ाइन किए गए सर्किट में स्थापित किया गया है।

FETs अक्सर प्रतिरोध पर बहुत कम होता है और प्रतिरोध में उच्च होता है।हालांकि, मध्यवर्ती प्रतिरोध महत्वपूर्ण हैं, और इसलिए FETs स्विच करते समय बड़ी मात्रा में बिजली को नष्ट कर सकते हैं।इस प्रकार, दक्षता जल्दी से स्विच करने पर एक प्रीमियम डाल सकती है, लेकिन यह उन संक्रमणों का कारण बन सकता है जो आवारा इंडक्शन को उत्तेजित कर सकते हैं और महत्वपूर्ण वोल्टेज उत्पन्न कर सकते हैं जो गेट पर युगल कर सकते हैं और अनजाने में स्विचिंग का कारण बन सकते हैं।इसलिए FET सर्किट को बहुत सावधान लेआउट की आवश्यकता हो सकती है और स्विचिंग गति और बिजली अपव्यय के बीच ट्रेडों को शामिल किया जा सकता है।वोल्टेज रेटिंग और प्रतिरोध के बीच एक व्यापार-बंद भी है, इसलिए उच्च-वोल्टेज एफईटीएस प्रतिरोध पर अपेक्षाकृत उच्च है और इसलिए चालन नुकसान है।[59]


विफलता मोड

फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर अपेक्षाकृत मजबूत होते हैं, खासकर जब निर्माता द्वारा परिभाषित तापमान और विद्युत सीमाओं के भीतर संचालित होता है (उचित व्युत्पन्न)।हालांकि, आधुनिक एफईटी उपकरण अक्सर एक बॉडी डायोड को शामिल कर सकते हैं।यदि बॉडी डायोड की विशेषताओं को ध्यान में नहीं रखा जाता है, तो एफईटी धीमी गति से शरीर के डायोड व्यवहार का अनुभव कर सकता है, जहां एक परजीवी ट्रांजिस्टर चालू हो जाएगा और उच्च धारा को नाली से स्रोत तक खींचने की अनुमति देगा जब एफईटी बंद हो जाएगा।[60]


उपयोग

सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला FET MOSFET है। CMOS (पूरक धातु ऑक्साइड सेमीकंडक्टर) प्रक्रिया प्रौद्योगिकी आधुनिक डिजिटल एकीकृत सर्किट के लिए आधार है। यह प्रक्रिया प्रौद्योगिकी एक ऐसी व्यवस्था का उपयोग करती है जहां (आमतौर पर वृद्धि-मोड) पी-चैनल MOSFET और N-CHANNEL MOSFET श्रृंखला में जुड़े होते हैं जैसे कि जब कोई चालू होता है, तो दूसरा बंद हो जाता है।

FETS में, इलेक्ट्रॉन रैखिक मोड में संचालित होने पर चैनल के माध्यम से या तो दिशा में प्रवाह कर सकते हैं। ड्रेन टर्मिनल और सोर्स टर्मिनल का नामकरण सम्मेलन कुछ हद तक मनमाना है, क्योंकि उपकरण आमतौर पर (लेकिन हमेशा नहीं) स्रोत से नाली तक सममित रूप से निर्मित होते हैं। यह पथ (मल्टीप्लेक्सिंग) के बीच एनालॉग सिग्नल को स्विच करने के लिए एफईटीएस उपयुक्त बनाता है। इस अवधारणा के साथ, कोई एक ठोस-राज्य मिश्रण बोर्ड का निर्माण कर सकता है, उदाहरण के लिए। FET को आमतौर पर एक एम्पलीफायर के रूप में उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, इसके बड़े इनपुट प्रतिरोध और कम आउटपुट प्रतिरोध के कारण, यह कॉमन-ड्रेन (स्रोत अनुयायी) कॉन्फ़िगरेशन में एक बफर के रूप में प्रभावी है।

IGBT का उपयोग आंतरिक दहन इंजन इग्निशन कॉइल को स्विच करने में किया जाता है, जहां तेजी से स्विचिंग और वोल्टेज अवरुद्ध क्षमताएं महत्वपूर्ण हैं।

स्रोत-गेटेड ट्रांजिस्टर

स्रोत-गेटेड ट्रांजिस्टर बड़े क्षेत्र के इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे प्रदर्शन स्क्रीन में विनिर्माण और पर्यावरणीय मुद्दों के लिए अधिक मजबूत हैं, लेकिन एफईटी की तुलना में संचालन में धीमे हैं।[61]


यह भी देखें

  • रासायनिक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर
  • सीएमओएस
  • FET एम्पलीफायर
  • क्षेत्र प्रभाव (अर्धचालक)
  • फिनफेट
  • Flowfet
  • मल्टीगेट डिवाइस

संदर्भ

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बाहरी संबंध

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