फ़्लोटिंग-गेट मॉसफेट
फ़्लोटिंग-गेट MOSFET (FGMOS), जिसे फ़्लोटिंग-गेट MOS ट्रांजिस्टर या फ़्लोटिंग-गेट ट्रांजिस्टर के रूप में भी जाना जाता है, धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (MOSFET) का एक प्रकार है जहाँ गेट विद्युत रूप से पृथक होता है, एक फ़्लोटिंग बनाता है एकदिश धारा में नोड, और कई सेकेंडरी गेट या इनपुट फ्लोटिंग गेट (FG) के ऊपर जमा होते हैं और इससे विद्युत रूप से अलग होते हैं। ये इनपुट केवल FG से जुड़े कैपेसिटिव कपलिंग हैं। चूंकि एफजी अत्यधिक प्रतिरोधी सामग्री से घिरा हुआ है, इसमें निहित चार्ज लंबे समय तक अपरिवर्तित रहता है[1] समय की, आजकल आम तौर पर 10 साल से अधिक। आमतौर पर फील्ड इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन#फाउलर-नॉर्डहेम टनलिंग|फाउलर-नॉर्डहेम टनलिंग और गर्म वाहक इंजेक्शन तंत्र का उपयोग एफजी में संग्रहीत चार्ज की मात्रा को संशोधित करने के लिए किया जाता है।
FGMOS का उपयोग आमतौर पर फ्लोटिंग-गेट मेमोरी सेल (कंप्यूटिंग), EPROM, EEPROM और फ्लैश मेमोरी तकनीकों में स्मृति तत्व के रूप में किया जाता है। FGMOS के अन्य उपयोगों में तंत्रिका नेटवर्क में एक न्यूरोनल कम्प्यूटेशनल तत्व शामिल है,[2][3]एनालॉग स्टोरेज एलिमेंट,[2]डिजिटल पोटेंशियोमीटर और सिंगल-ट्रांजिस्टर डिज़िटल से एनालॉग कन्वर्टर
इतिहास
पहला MOSFET 1959 में बेल लैब्स में मोहम्मद ओटाला और डॉन कहंग द्वारा आविष्कार किया गया था और 1960 में प्रस्तुत किया गया था।[4] FGMOS की पहली रिपोर्ट बाद में बेल लैब्स में डॉन काहंग और साइमन मिन स्जे द्वारा बनाई गई थी, और यह 1967 की तारीख थी।[5] एफजीएमओएस का सबसे पहला व्यावहारिक अनुप्रयोग फ्लोटिंग-गेट मेमोरी सेल (कंप्यूटिंग) था, जिसे काहंग और सेज ने ईपीरोम (केवल पढ़ने के लिये मेमोरी ) का उत्पादन करने के लिए प्रस्तावित किया था।[6] EPROM, EEPROM और फ्लैश मेमोरी में गैर-वाष्पशील मेमोरी डेटा को स्टोर करने के लिए FGMOS का प्रारंभिक अनुप्रयोग डिजिटल सेमीकंडक्टर मेमोरी कंप्यूटर मेमोरी था।
1989 में, इंटेल ने FGMOS को अपने विद्युत रूप से प्रशिक्षित कृत्रिम तंत्रिका नेटवर्क (ETANN) चिप में एक एनालॉग गैर-वाष्पशील स्मृति तत्व के रूप में नियोजित किया।[3] डिजिटल मेमोरी के अलावा अन्य अनुप्रयोगों के लिए FGMOS उपकरणों का उपयोग करने की क्षमता का प्रदर्शन।
तीन अनुसंधान उपलब्धियों ने वर्तमान एफजीएमओएस सर्किट विकास के लिए आधार तैयार किया:
- थॉमसन और ब्रुक का प्रदर्शन और एक मानक सीएमओएस डबल-पॉलीसिलिकॉन प्रक्रिया में इलेक्ट्रॉन टनलिंग का उपयोग[7] कई शोधकर्ताओं को विशेष निर्माण प्रक्रियाओं तक पहुंच की आवश्यकता के बिना एफजीएमओएस सर्किट अवधारणाओं की जांच करने की अनुमति दी।
- νMOS, या न्यूरॉन-एमओएस, शिबाता और ओहमी द्वारा सर्किट दृष्टिकोण[8] रैखिक संगणनाओं के लिए कैपेसिटर का उपयोग करने के लिए प्रारंभिक प्रेरणा और ढांचा प्रदान किया। इन शोधकर्ताओं ने उपकरण गुणों के बजाय FG सर्किट गुणों पर ध्यान केंद्रित किया, और MOSFET स्विच को खोलकर और बंद करके चार्ज को बराबर करने के लिए या तो पराबैंगनी प्रकाश का उपयोग किया, या नकली FG तत्वों का उपयोग किया।
- कार्वर मीड का अनुकूली रेटिना[2] अनुकूली सर्किट प्रौद्योगिकी की रीढ़ की हड्डी के रूप में, इस मामले में यूवी प्रकाश, लगातार-संचालन एफजी प्रोग्रामिंग/मिटाने वाली तकनीकों का उपयोग करने का पहला उदाहरण दिया।
संरचना
एक FGMOS को एक मानक MOS ट्रांजिस्टर के गेट को विद्युत रूप से अलग करके बनाया जा सकता है[clarification needed], ताकि इसके गेट से कोई प्रतिरोधक कनेक्शन न हो। कई द्वितीयक द्वार या इनपुट फ़्लोटिंग गेट (FG) के ऊपर जमा किए जाते हैं और इससे विद्युत रूप से पृथक होते हैं। ये इनपुट केवल कैपेसिटिव रूप से FG से जुड़े होते हैं, क्योंकि FG पूरी तरह से अत्यधिक प्रतिरोधक सामग्री से घिरा होता है। तो, इसके DC ऑपरेटिंग पॉइंट के संदर्भ में, FG एक फ्लोटिंग नोड है।
उन अनुप्रयोगों के लिए जहां FG के चार्ज को संशोधित करने की आवश्यकता होती है, इंजेक्शन और टनलिंग संचालन करने के लिए प्रत्येक FGMOS ट्रांजिस्टर में छोटे अतिरिक्त ट्रांजिस्टर की एक जोड़ी जोड़ी जाती है। प्रत्येक ट्रांजिस्टर के द्वार आपस में जुड़े होते हैं; टनलिंग ट्रांजिस्टर के स्रोत, नाली और बल्क टर्मिनल एक कैपेसिटिव टनलिंग संरचना बनाने के लिए आपस में जुड़े हुए हैं। इंजेक्शन ट्रांजिस्टर सामान्य रूप से जुड़ा हुआ है और गर्म वाहक बनाने के लिए विशिष्ट वोल्टेज लागू होते हैं जिन्हें फ्लोटिंग गेट में विद्युत क्षेत्र के माध्यम से इंजेक्शन दिया जाता है।
विशुद्ध रूप से कैपेसिटिव उपयोग के लिए FGMOS ट्रांजिस्टर को N या P संस्करणों पर निर्मित किया जा सकता है। [9] चार्ज संशोधन अनुप्रयोगों के लिए, टनलिंग ट्रांजिस्टर (और इसलिए ऑपरेटिंग FGMOS) को एक कुएं में एम्बेड करने की आवश्यकता होती है, इसलिए तकनीक FGMOS के प्रकार को निर्धारित करती है जिसे गढ़ा जा सकता है।
मॉडलिंग
बड़ा सिग्नल डीसी
एफजीएमओएस के डीसी ऑपरेशन को मॉडलिंग करने वाले समीकरण उन समीकरणों से प्राप्त किए जा सकते हैं जो एफजीएमओएस के निर्माण के लिए उपयोग किए जाने वाले एमओएस ट्रांजिस्टर के संचालन का वर्णन करते हैं। यदि FGMOS डिवाइस के FG पर वोल्टेज का निर्धारण करना संभव है, तो मानक MOS ट्रांजिस्टर मॉडल का उपयोग करके इसके ड्रेन टू सोर्स करंट को व्यक्त करना संभव है। इसलिए, समीकरणों का एक सेट प्राप्त करने के लिए जो FGMOS डिवाइस के बड़े सिग्नल ऑपरेशन को मॉडल करता है, इसके प्रभावी इनपुट वोल्टेज और इसके FG पर वोल्टेज के बीच संबंध खोजना आवश्यक है।
छोटा संकेत
एक N-इनपुट FGMOS डिवाइस में MOS ट्रांजिस्टर की तुलना में N−1 अधिक टर्मिनल होते हैं, और इसलिए, N+2 छोटे सिग्नल पैरामीटर परिभाषित किए जा सकते हैं: N प्रभावी इनपुट transconductance , एक आउटपुट ट्रांसकंडक्टेंस और एक बल्क ट्रांसकंडक्टेंस। क्रमश:
कहाँ फ्लोटिंग गेट द्वारा देखी गई कुल समाई है। ये समीकरण एमओएस ट्रांजिस्टर की तुलना में एफजीएमओएस की दो कमियां दिखाते हैं:
- इनपुट ट्रांसकंडक्टेंस में कमी
- आउटपुट प्रतिरोध में कमी
सिमुलेशन
सामान्य परिस्थितियों में, सर्किट में एक फ़्लोटिंग नोड एक त्रुटि का प्रतिनिधित्व करता है क्योंकि इसकी प्रारंभिक स्थिति अज्ञात होती है जब तक कि यह किसी तरह तय न हो। इससे दो समस्याएं उत्पन्न होती हैं: पहली, इन परिपथों का अनुकरण करना आसान नहीं है; और दूसरा, निर्माण प्रक्रिया के दौरान चार्ज की एक अज्ञात मात्रा फ्लोटिंग गेट पर फंसी रह सकती है, जिसके परिणामस्वरूप FG वोल्टेज के लिए एक अज्ञात प्रारंभिक स्थिति होगी।
कंप्यूटर सिमुलेशन के लिए प्रस्तावित कई समाधानों में, सबसे आशाजनक तरीकों में से एक रोड्रिग्ज-विलेगास द्वारा प्रस्तावित प्रारंभिक क्षणिक विश्लेषण (आईटीए) है,[10] जहां FG को निर्माण प्रक्रिया के बाद FG में फंसे चार्ज के माप के आधार पर शून्य वोल्ट या पहले से ज्ञात वोल्टेज पर सेट किया जाता है। एक क्षणिक विश्लेषण तब आपूर्ति वोल्टेज के साथ उनके अंतिम मूल्यों पर सेट किया जाता है, जिससे आउटपुट सामान्य रूप से विकसित होते हैं। FGs के मूल्यों को तब निकाला जा सकता है और बाद के छोटे-सिग्नल सिमुलेशन के लिए उपयोग किया जाता है, प्रारंभिक FG मान के साथ एक वोल्टेज आपूर्ति को एक बहुत ही उच्च-मूल्य प्रारंभ करनेवाला का उपयोग करके फ्लोटिंग गेट से जोड़ा जाता है।
अनुप्रयोग
FGMOS के उपयोग और अनुप्रयोगों को मोटे तौर पर दो मामलों में वर्गीकृत किया जा सकता है। यदि सर्किट उपयोग के दौरान फ्लोटिंग गेट में चार्ज को संशोधित नहीं किया जाता है, तो ऑपरेशन कैपेसिटिव कपल होता है।
संचालन के कैपेसिटिव कपल्ड शासन में, फ्लोटिंग गेट में नेट चार्ज संशोधित नहीं होता है। इस व्यवस्था के लिए आवेदन के उदाहरण एकल ट्रांजिस्टर योजक, डीएसी, गुणक और तर्क कार्य, और परिवर्तनीय थ्रेसहोल्ड इनवर्टर हैं।
FGMOS को प्रोग्रामेबल चार्ज एलिमेंट के रूप में उपयोग करते हुए, यह आमतौर पर गैर-वाष्पशील भंडारण जैसे फ्लैश मेमोरी, EPROM और EEPROM मेमोरी के लिए उपयोग किया जाता है। इस संदर्भ में, फ्लोटिंग-गेट MOSFETs बिजली की आपूर्ति के कनेक्शन के बिना विस्तारित अवधि के लिए विद्युत आवेश को संग्रहीत करने की उनकी क्षमता के कारण उपयोगी होते हैं। FGMOS के अन्य अनुप्रयोगों में न्यूरल नेटवर्क में न्यूरोनल कम्प्यूटेशनल तत्व, एनालॉग स्टोरेज एलिमेंट और डिजिटल पोटेंशियोमीटर | ई-पॉट्स शामिल हैं।
यह भी देखें
- चार्ज ट्रैप फ्लैश
- फे एफईटी
- आईजीबीटी
- एमओएसएफईटी
- Sonos
संदर्भ
- ↑ "Tunneling: New Floating Gate Memory with Excellent Retention Characteristics". Wiley Online Library. doi:10.1002/aelm.201800726. S2CID 139369906. Retrieved 19 June 2019.
- ↑ 2.0 2.1 2.2 Mead, Carver A.; Ismail, Mohammed, eds. (May 8, 1989). तंत्रिका तंत्र का एनालॉग वीएलएसआई कार्यान्वयन (PDF). The Kluwer International Series in Engineering and Computer Science. Vol. 80. Norwell, MA: Kluwer Academic Publishers. doi:10.1007/978-1-4613-1639-8. ISBN 978-1-4613-1639-8.
- ↑ 3.0 3.1 M. Holler, S. Tam, H. Castro, and R. Benson, "An electrically trainable artificial neural network with 10240 'floating gate' synapses", Proceedings of the International Joint Conference on Neural Networks, Washington, D.C., vol. II, 1989, pp. 191–196
- ↑ "1960 - Metal Oxide Semiconductor (MOS) Transistor Demonstrated". The Silicon Engine. Computer History Museum.
- ↑ Kahng, Dawon; Sze, Simon Min (1967). "एक फ्लोटिंग गेट और मेमोरी उपकरणों के लिए इसका अनुप्रयोग". The Bell System Technical Journal. 46 (6): 1288–1295. doi:10.1002/j.1538-7305.1967.tb01738.x.
- ↑ "1971: Reusable semiconductor ROM introduced". Computer History Museum. Retrieved 19 June 2019.
- ↑ A. Thomsen and M.A. Brooke, "A floating-gate MOSFET with tunneling injector fabricated using a standard double-polysilicon CMOS process," IEEE Electron Device Letters, vol. 12, 1991, pp. 111-113
- ↑ T. Shibata and T. Ohmi, "A functional MOS transistor featuring gate-level weighted sum and threshold operations", IEEE Transactions on Electron Devices, vol. 39, no. 6, 1992, pp. 1444–1455
- ↑ Janwadkar, Sudhanshu (2017-10-24). "Fabrication of Floating Gate MOS (FLOTOX)". www.slideshare.net.
- ↑ Rodriguez-Villegas, Esther. Low Power and Low Voltage Circuit Design with the FGMOS Transistor
