चैनल लम्बाई मॉड्यूलेशन

संतृप्ति क्षेत्र में संचालित मॉस्फेट का क्रॉस सेक्शन

चैनल लम्बाई मॉड्यूलेशन या सीएलएम मुख्य रूप से क्षेत्र प्रभाव जनित्र का ऐसा प्रभाव हैं, जो बड़े ड्रेन पूर्वाग्रहों के लिए ड्रेन पूर्वाग्रह में वृद्धि के साथ इस प्रकार के व्युत्क्रम चैनल वाले क्षेत्र की लंबाई को कम कर देता हैं। इस प्रकार सीएलएम का परिणाम ड्रेन पूर्वाग्रह के साथ धारा में वृद्धि और आउटपुट प्रतिरोध में कमी करता है। यह मॉस्फेट स्केलिंग में कई शॉर्ट-चैनल ऐसे प्रभावों को प्रदर्शित करते है। यह जेईएफटी प्रवर्धकों में विकृति उत्पन्न करने में सहायक हैं।

इस प्रकार के प्रभावों का आंकलन करने के लिए पहले चैनल के पिंच-ऑफ की धारणा को प्रस्तुत किया जाता हैं। इसके पश्चात् चैनल गेट के लिए वाहकों के आकर्षण को उत्पन्न करते हैं, और चैनल के माध्यम से उपयोग की जाने वाली धारा के संतृप्ति मोड में ड्रेन वोल्टेज से लगभग यह मान निरंतर स्वतंत्र रहता है। चूंकि ड्रेन के पास, गेट 'और ड्रेन' संयुक्त रूप से विद्युत क्षेत्र प्रारूप का निर्धारण करते हैं। इस प्रकार चैनल में प्रवाहित होने के अतिरिक्त पिंच-ऑफ पॉइंट से अलग वाहक उपसतह प्रारूप में प्रवाहित होते हैं, क्योंकि ड्रेन और गेट दोनों धारा को नियंत्रित करते हैं। इस प्रकार दाईं ओर की आकृति में चैनल को इस रेखा द्वारा इंगित किया गया है और बाद में यह कमजोर हो जाता है, क्योंकि इसे ड्रेन से संपर्क किया जाता है, इसके गठित व्युत्क्रम परत के अंत और ड्रेन "पिंच-ऑफ" क्षेत्र के बीच अनवर्टेड सिलिकॉन का अंतर छोड़ देता है।

इस प्रकार जैसे-जैसे ड्रेन वोल्टेज बढ़ता है, धारा पर इसका नियंत्रण स्रोत की ओर बढ़ता जाता है, इसलिए अनवर्टेड क्षेत्र स्रोत की ओर फैलता है, जिससे चैनल क्षेत्र की लंबाई कम हो जाती है, इस प्रकार प्रभाव को 'चैनल-लंबाई मॉडुलन' कहा जाता है। क्योंकि इस प्रकार प्रतिरोध लंबाई के समानुपाती होता है, इसके कारण चैनल को छोटा करने से इसका प्रतिरोध कम हो जाता है, जिससे संतृप्ति में संचालित मॉस्फेट के लिए ड्रेन बायस में वृद्धि के साथ धारा में वृद्धि होती है। इस प्रकार स्रोत-टू-ड्रेन पृथक्करण जितना छोटा होगा तथा ड्रेन जंक्शन जितना गहरा होगा, और ऑक्साइड इंसुलेटर उतना ही अधिक होगा इसके कारण यह प्रभाव अधिक स्पष्ट होता है।

कमजोर व्युत्क्रमण क्षेत्र में, चैनल-लम्बाई मॉड्यूलेशन के समान ड्रेन के प्रभाव से डीआईबीएल के रूप में उपयोग किये जाने वाले उपकरण टर्न ऑफ रूप से व्यवहार करते है।

द्विध्रुवी जंक्शन जनित्र में, बेस-संकुचन के कारण बढ़े हुए एकत्रित वोल्टेज के साथ धारा में समान वृद्धि देखी जाती है, जिसे प्रारंभिक प्रभाव के रूप में जाना जाता है। इस प्रकार धारा पर प्रभाव की समानता ने चैनल-लंबाई मॉड्यूलेशन के वैकल्पिक नाम के रूप में मॉस्फेट के लिए प्रारंभिक प्रभाव शब्द का उपयोग करने के लिए प्रेरित किया है।

शिचमैन-होजेस मॉडल

मॉस्फेट प्रक्रिया के मोड में चैनल लंबाई मॉडुलन सामान्यतः शिचमैन-होजेस मॉडल का उपयोग करके वर्णित किया जाता है, जो केवल इस प्रकार की पुरानी विधि के लिए सही है: जहां $I_{\text{D}}$ = ड्रेन धारा तथा $K'_{n}$ = प्रौद्योगिकी पैरामीटर को कभी-कभी ट्रांसकंडक्टेंस गुणांक कहा जाता है, इस प्रकार W, L = मॉस्फेट चौड़ाई और लंबाई, $V_{\text{GS}}$ = गेट-टू-सोर्स वोल्टेज, $V_{\text{th}}$ = ड्रेन वोल्टेज, $V_{\text{DS}}$ = ड्रेन-टू-सोर्स वोल्टेज, $V_{\text{DS,sat}}=V_{\text{GS}}-V_{\text{th}}$, और λ = चैनल-लंबाई मॉडुलन पैरामीटर के रूप में उपयोग होता हैं।

मौलिक शिचमैन-होजेस मॉडल में, $V_{\text{th}}$ उपकरण स्थिरांक है, जो लंबे चैनलों वाले जनित्र की वास्तविकता को दर्शाता है।

आउटपुट प्रतिरोध

चैनल-लंबाई मॉड्यूलेशन महत्वपूर्ण है क्योंकि यह मॉस्फेट आउटपुट प्रतिरोध, धारा दर्पण और प्रवर्धकों के परिपथ डिजाइन में महत्वपूर्ण पैरामीटर तय करता है।

इस प्रकार उपयोग किये गए शिचमैन-होजेस मॉडल में, आउटपुट प्रतिरोध इस प्रकार दिया गया है:

$${\begin{aligned}r_{\text{O}}&={\frac {1+\lambda V_{\text{DS}}}{\lambda I_{\text{D}}}}\\&={\frac {1}{I_{\text{D}}}}\left({\frac {1}{\lambda }}+V_{\text{DS}}\right)\\&={\frac {V_{\text{E}}L/{\Delta L}+V_{\text{DS}}}{I_{\text{D}}}}\end{aligned}}$$

जहां $V_{\text{DS}}$ = ड्रेन-टू-सोर्स वोल्टेज, $I_{\text{D}}$ = ड्रेन धारा और $\lambda$ = चैनल-लंबाई मॉड्यूलेशन पैरामीटर को प्रदर्शित करता हैं। इस प्रकार चैनल-लंबाई मॉड्यूलेशन के बिना (λ = 0 के लिए), आउटपुट प्रतिरोध अनंत है। चैनल-लंबाई मॉडुलन पैरामीटर को सामान्यतः मॉस्फेट चैनल लंबाई L के व्युत्क्रमानुपाती के रूप में लिया जाता है, जैसा कि r_O के लिए ऊपर अंतिम रूप में दिखाया गया है:

$\lambda \approx {\frac {\Delta L}{V_{E}L}}$,

जहां V_E उचित पैरामीटर है, चूंकि यह बीजेटी के प्रारंभिक प्रभाव की अवधारणा के समान है। इसके आधार पर 65nm के लिए, मुख्य रूप से V_E ≈ 4 V/माइक्रोन है। इस प्रकार ईकेवी मॉडल में अधिक विस्तृत दृष्टिकोण का उपयोग किया जाता है। चूंकि, आज तक λ के लिए उपयोग किया जाने वाला कोई सरल सूत्र r_O की सटीक लंबाई या वोल्टेज निर्भरता प्रदान नहीं करता है, इस प्रकार आधुनिक उपकरणों के लिए, कंप्यूटर मॉडल के उपयोग को मजबूर करना, जैसा कि आगे संक्षेप में चर्चा की गई है।

एमओएसएफईटी आउटपुट प्रतिरोध पर चैनल-लंबाई मॉड्यूलेशन का प्रभाव उपकरण, विशेष रूप से इसकी चैनल लंबाई और लागू पूर्वाग्रह दोनों के साथ भिन्न होता है। इस प्रकार लंबे मॉस्फेट में आउटपुट प्रतिरोध को प्रभावित करने वाला मुख्य कारक चैनल लंबाई मॉड्यूलेशन है जैसा कि अभी वर्णित है। छोटे मॉस्फेटs में अतिरिक्त कारक उत्पन्न होते हैं, जैसे: डीआईबीएल या ड्रेन-प्रेरित बैरियर लोअरिंग जो थ्रेशोल्ड वोल्टेज को कम करता है, इस प्रकार यह धारा को बढ़ाता है और आउटपुट रेजिस्टेंस को कम करता है, वेग संतृप्ति जो ड्रेन वोल्टेज के साथ चैनल धारा में वृद्धि को सीमित करता है, जिससे उत्पादन प्रतिरोध में वृद्धि और बैलिस्टिक परिवहन जो ड्रेन द्वारा धारा के संग्रह को संशोधित करता है, और डीआईबीएल को संशोधित करता है। इस प्रकार ड्रेन-प्रेरित बाधा को कम करना ताकि पिंच-ऑफ क्षेत्र में वाहक की आपूर्ति में वृद्धि हो सके, धारा में वृद्धि हो और आउटपुट प्रतिरोध कम हो जाता हैं, इस प्रकार पुनः सटीक परिणामों के लिए स्पाइस उपकरण मॉडल की आवश्यकता होती है।

बाहरी संबंध

• What is channel length modulation? - OnMyPhD
• मॉस्फेट Channel-Length Modulation - Tech brief

यह भी देखें

• सीमा वोल्टेज
• लघु चैनल प्रभाव
• डीआईबीएल या ड्रेन-इंड्यूस्ड बैरियर लोअरिंग
• मॉस्फेट मॉस्फेट संरचना और चैनल निर्माण
• हाइब्रिड-पाई मॉडल
• जनित्र मॉडल

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