चैनल लंबाई मॉड्यूलेशन

संतृप्ति क्षेत्र में कार्यरत मॉसफेट का क्रॉस सेक्शन

चैनल लंबाई मॉड्यूलेशन (सीएलएम) क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर में एक प्रभाव है, जो बड़े ड्रेन पूर्वाग्रहों के लिए ड्रेन पूर्वाग्रह में वृद्धि के साथ विपरीत चैनल क्षेत्र की लंबाई को छोटा करता है। सीएलएम का परिणाम ड्रेन पूर्वाग्रह के साथ धारा में वृद्धि और आउटपुट प्रतिरोध में कमी है। यह मॉसफेट स्केलिंग में कई लघु-चैनल प्रभावों में से एक है। यह जेएफईटी एम्प्लीफायरों में भी विकृति उत्पन्न करता है।

प्रभाव को समझने के लिए सबसे पहले चैनल के पिंच-ऑफ की धारणा प्रस्तुत की जाती है। चैनल का निर्माण वाहकों के गेट के प्रति आकर्षण से होता है, और चैनल के माध्यम से खींची गई धारा संतृप्ति मोड में ड्रेन वोल्टेज से लगभग एक स्थिर स्वतंत्र होती है। चूँकि, ड्रेन के पास, गेट और ड्रेन संयुक्त रूप से विद्युत क्षेत्र पैटर्न निर्धारित करते हैं। चैनल में बहने के अतिरिक्त, पिंच-ऑफ बिंदु से अधिक, वाहक उपसतह पैटर्न में प्रवाहित होते हैं, जो संभव हो जाता है क्योंकि ड्रेन और गेट दोनों धारा को नियंत्रित करते हैं। दाईं ओर की आकृति में, चैनल को डैश रेखा द्वारा दर्शाया गया है और जैसे-जैसे ड्रेन के निकट पहुंचता है, यह कमजोर होता जाता है, जिससे गठित व्युत्क्रम लेयर के अंत और ड्रेन ("पिंच-ऑफ" क्षेत्र) के बीच अपरिवर्तित सिलिकॉन का अंतर रह जाता है।

जैसे-जैसे ड्रेन वोल्टेज बढ़ता है, धारा पर इसका नियंत्रण स्रोत की ओर आगे बढ़ता है, इसलिए अपरिवर्तित क्षेत्र स्रोत की ओर फैलता है, जिससे चैनल क्षेत्र की लंबाई कम हो जाती है, इस प्रभाव को चैनल-लंबाई मॉड्यूलेशन कहा जाता है। क्योंकि प्रतिरोध लंबाई के समानुपाती होता है, चैनल को छोटा करने से इसका प्रतिरोध कम हो जाता है, जिससे संतृप्ति में काम कर रहे मॉसफेट के लिए ड्रेन पूर्वाग्रह में वृद्धि के साथ धारा में वृद्धि होती है। स्रोत-से-ड्रेन पृथक्करण जितना कम होगा, ड्रेन जंक्शन उतना गहरा होगा, और ऑक्साइड इन्सुलेटर जितना मोटा होगा प्रभाव अधिक स्पष्ट होगा।

कमजोर व्युत्क्रम क्षेत्र में, चैनल-लंबाई मॉड्यूलेशन के अनुरूप ड्रेन के प्रभाव से खराब उपकरण बंद व्यवहार होता है जिसे डीआईबीएल के रूप में जाना जाता है, जो थ्रेसहोल्ड वोल्टेज की ड्रेन प्रेरित कमी के रूप में जाना जाता है।

द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर में, बेस-संकुचन के कारण बढ़े हुए कलेक्टर वोल्टेज के साथ धारा में समान वृद्धि देखी जाती है, जिसे प्रारंभिक प्रभाव के रूप में जाना जाता है। धारा पर प्रभाव की समानता के कारण MOSFETs के लिए "प्रारंभिक प्रभाव" शब्द का उपयोग "चैनल-लंबाई मॉड्यूलेशन" के वैकल्पिक नाम के रूप में भी किया गया है।

शिचमैन-हॉजेस मॉडल

पाठ्यपुस्तकों में, सक्रिय मोड में चैनल लंबाई मॉड्यूलेशन को सामान्यतः शिचमैन-हॉजेस मॉडल का उपयोग करके वर्णित किया जाता है, जो केवल प्राचीन विधि के लिए त्रुटिहीन है:

जहाँ $I_{\text{D}}$ = ड्रेन धारा, $K'_{n}$ = प्रौद्योगिकी पैरामीटर को कभी-कभी ट्रांसकंडक्टेंस गुणांक, W, L = MOSFET चौड़ाई और लंबाई, $V_{\text{GS}}$ = गेट-टू-सोर्स वोल्टेज, $V_{\text{th}}$ =थ्रेसहोल्ड वोल्टेज, $V_{\text{DS}}$ = ड्रेन-टू-सोर्स वोल्टेज, $V_{\text{DS,sat}}=V_{\text{GS}}-V_{\text{th}}$, और λ = चैनल-लंबाई मॉड्यूलेशन पैरामीटर कहा जाता है।

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

आउटपुट प्रतिरोध

चैनल-लंबाई मॉड्यूलेशन महत्वपूर्ण है क्योंकि यह मॉसफेट आउटपुट प्रतिरोध तय करता है, जो धारा मिरर और एम्पलीफायरों के परिपथ डिजाइन में महत्वपूर्ण पैरामीटर है।

ऊपर प्रयुक्त शिचमैन-होजेस मॉडल में, आउटपुट प्रतिरोध इस प्रकार दिया गया है:

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

जहाँ $V_{\text{DS}}$ = ड्रेन-टू-सोर्स वोल्टेज, $I_{\text{D}}$ = ड्रेन धारा और $\lambda$ = चैनल-लंबाई मॉड्यूलेशन पैरामीटर है। चैनल-लंबाई मॉड्यूलेशन (λ = 0 के लिए) के बिना, आउटपुट प्रतिरोध अनंत है। चैनल-लंबाई मॉड्यूलेशन पैरामीटर को सामान्यतः मॉसफेट चैनल लंबाई L के व्युत्क्रमानुपाती माना जाता है, जैसा कि r_O के लिए ऊपर दिए गए अंतिम रूप में दिखाया गया है।

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

जहां V_E उपयुक्त पैरामीटर है, चूँकि यह BJTs के लिए प्रारंभिक प्रभाव की अवधारणा के समान है। 65nm प्रक्रिया के लिए, लगभग V_E ≈ 4 V/μm होता है।(ईकेवी मॉडल में अधिक विस्तृत पद्धति का उपयोग किया जाता है।)। चूँकि, λ के लिए आज तक उपयोग किया गया कोई भी सरल सूत्र r_O की त्रुटिहीन लंबाई या वोल्टेज निर्भरता प्रदान नहीं करता है, जिससे कंप्यूटर मॉडल के उपयोग को विवश किया जाता है, जैसा कि आगे संक्षेप में चर्चा की गई है।

मॉसफेट आउटपुट प्रतिरोध पर चैनल-लंबाई मॉड्यूलेशन का प्रभाव उपकरण, विशेष रूप से इसकी चैनल लंबाई और लागू पूर्वाग्रह दोनों के साथ भिन्न होता है। लंबे MOSFETs में आउटपुट प्रतिरोध को प्रभावित करने वाला मुख्य कारक चैनल लंबाई मॉड्यूलेशन है जैसा कि अभी बताया गया है। छोटे एमओएसएफईटी में अतिरिक्त कारक उत्पन्न होते हैं जैसे: ड्रेन-प्रेरित बाधा कम (जो थ्रेसहोल्ड वोल्टेज को कम करता है, धारा में वृद्धि करता है और आउटपुट प्रतिरोध को कम करता है) करना, वेग संतृप्ति (जो ड्रेन वोल्टेज के साथ चैनल धारा में वृद्धि को सीमित करता है, जिससे आउटपुट प्रतिरोध को बढ़ाना) और बैलिस्टिक परिवहन (जो ड्रेन द्वारा धारा के संग्रह को संशोधित करता है, और डीआईबीएल को संशोधित करता है। ड्रेन-प्रेरित बाधा को कम करता है जिससे पिंच-ऑफ क्षेत्र में वाहक की आपूर्ति बढ़ सके, धारा बढ़ जाए और आउटपुट प्रतिरोध कम हो जाए)। फिर, त्रुटिहीन परिणामों के लिए कंप्यूटर मॉडल की आवश्यकता होती है।

बाहरी संबंध

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

यह भी देखें

• सीमा वोल्टेज
• लघु चैनल प्रभाव
• डीआईबीएल|ड्रेन-प्रेरित अवरोध को कम करना
• मॉसफेट#संरचना और चैनल निर्माण
• हाइब्रिड-पीआई मॉडल
• ट्रांजिस्टर मॉडल

श्रेणी:इलेक्ट्रॉनिक डिज़ाइन श्रेणी:एमओएसएफईटी