चैनल लम्बाई मॉड्यूलेशन

संतृप्ति क्षेत्र में संचालित एक MOSFET का क्रॉस सेक्शन

चैनल लम्बाई मॉड्यूलेशन (सीएलएम) क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर में एक प्रभाव है, बड़े नाली पूर्वाग्रहों के लिए नाली पूर्वाग्रह में वृद्धि के साथ उलटा चैनल क्षेत्र की लंबाई का छोटा होना। सीएलएम का परिणाम नाली पूर्वाग्रह के साथ वर्तमान में वृद्धि और आउटपुट प्रतिरोध में कमी है। यह MOSFET स्केलिंग में कई शॉर्ट-चैनल प्रभावों में से एक है। यह JFET एम्पलीफायरों में विकृति भी पैदा करता है।

प्रभाव को समझने के लिए, पहले चैनल के पिंच-ऑफ की धारणा पेश की जाती है। चैनल गेट के लिए वाहकों के आकर्षण से बनता है, और चैनल के माध्यम से खींचा जाने वाला वर्तमान संतृप्ति मोड में नाली वोल्टेज से लगभग निरंतर स्वतंत्र होता है। हालांकि, नाली के पास, गेट 'और नाली' संयुक्त रूप से विद्युत क्षेत्र पैटर्न का निर्धारण करते हैं। एक चैनल में बहने के बजाय, पिंच-ऑफ पॉइंट से परे वाहक एक उपसतह पैटर्न में प्रवाहित होते हैं क्योंकि नाली और गेट दोनों करंट को नियंत्रित करते हैं। दाईं ओर की आकृति में, चैनल को एक धराशायी रेखा द्वारा इंगित किया गया है और कमजोर हो जाता है क्योंकि नाली से संपर्क किया जाता है, गठित उलटा परत के अंत और नाली ("पिंच-ऑफ") के बीच अनवर्टेड सिलिकॉन का अंतर छोड़ देता है। क्षेत्र)।

जैसे-जैसे ड्रेन वोल्टेज बढ़ता है, करंट 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, प्रभाव को 'चैनल-लंबाई मॉडुलन' कहा जाता है। क्योंकि प्रतिरोध लंबाई के समानुपाती होता है, चैनल को छोटा करने से इसका प्रतिरोध कम हो जाता है, जिससे संतृप्ति में संचालित MOSFET के लिए ड्रेन बायस में वृद्धि के साथ धारा में वृद्धि होती है। स्रोत-टू-ड्रेन पृथक्करण जितना छोटा होगा, ड्रेन जंक्शन जितना गहरा होगा, और ऑक्साइड इंसुलेटर उतना ही मोटा होगा, इसका प्रभाव अधिक स्पष्ट होता है।

कमजोर व्युत्क्रमण क्षेत्र में, चैनल-लम्बाई मॉड्यूलेशन के समान नाली के प्रभाव से डीआईबीएल के रूप में जाना जाने वाला खराब डिवाइस टर्न ऑफ व्यवहार होता है।

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

शिचमैन-होजेस मॉडल

पाठ्यपुस्तकों में, MOSFET#ऑपरेशन के मोड में चैनल लंबाई मॉडुलन आमतौर पर शिचमैन-होजेस मॉडल का उपयोग करके वर्णित किया जाता है, जो केवल पुरानी तकनीक के लिए सटीक है: कहाँ $I_{\text{D}}$ = नाली वर्तमान, $K'_{n}$ = प्रौद्योगिकी पैरामीटर को कभी-कभी ट्रांसकंडक्टेंस गुणांक कहा जाता है, W, L = MOSFET चौड़ाई और लंबाई, $V_{\text{GS}}$ = गेट-टू-सोर्स वोल्टेज, $V_{\text{th}}$ = दहलीज वोल्टेज, $V_{\text{DS}}$ = ड्रेन-टू-सोर्स वोल्टेज, $V_{\text{DS,sat}}=V_{\text{GS}}-V_{\text{th}}$, और λ = चैनल-लंबाई मॉडुलन पैरामीटर। क्लासिक शिचमैन-होजेस मॉडल में, $V_{\text{th}}$ एक उपकरण स्थिरांक है, जो लंबे चैनलों वाले ट्रांजिस्टर की वास्तविकता को दर्शाता है।

आउटपुट प्रतिरोध

चैनल-लंबाई मॉड्यूलेशन महत्वपूर्ण है क्योंकि यह MOSFET आउटपुट प्रतिरोध, वर्तमान दर्पणों और एम्पलीफायरों के सर्किट डिजाइन में एक महत्वपूर्ण पैरामीटर तय करता है।

ऊपर इस्तेमाल किए गए शिचमैन-होजेस मॉडल में, आउटपुट प्रतिरोध इस प्रकार दिया गया है:

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

कहाँ $V_{\text{DS}}$ = ड्रेन-टू-सोर्स वोल्टेज, $I_{\text{D}}$ = नाली वर्तमान और $\lambda$ = चैनल-लंबाई मॉड्यूलेशन पैरामीटर। चैनल-लंबाई मॉड्यूलेशन के बिना (λ = 0 के लिए), आउटपुट प्रतिरोध अनंत है। चैनल-लंबाई मॉडुलन पैरामीटर को आमतौर पर MOSFET चैनल लंबाई L के व्युत्क्रमानुपाती के रूप में लिया जाता है, जैसा कि r के लिए ऊपर अंतिम रूप में दिखाया गया है_O:

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

जहां वी_E एक उचित पैरामीटर है, हालांकि यह बीजेटी के प्रारंभिक प्रभाव की अवधारणा के समान है। 65nm के लिए, मोटे तौर पर V_E ≈ 4 वी/माइक्रोन।(ईकेवी मॉडल में एक अधिक विस्तृत दृष्टिकोण का उपयोग किया जाता है।). हालाँकि, आज तक λ के लिए उपयोग किया जाने वाला कोई सरल सूत्र r की सटीक लंबाई या वोल्टेज निर्भरता प्रदान नहीं करता है_Oआधुनिक 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 डिवाइस, 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 वर्णित है। छोटे MOSFETs में अतिरिक्त कारक उत्पन्न होते हैं जैसे: DIBL | ड्रेन-प्रेरित बैरियर लोअरिंग (जो थ्रेशोल्ड वोल्टेज को कम करता है, करंट को बढ़ाता है और आउटपुट रेजिस्टेंस को कम करता है), वेग संतृप्ति (जो ड्रेन वोल्टेज के साथ चैनल करंट में वृद्धि को सीमित करता है, जिससे उत्पादन प्रतिरोध में वृद्धि) और बैलिस्टिक परिवहन (जो नाली द्वारा वर्तमान के संग्रह को संशोधित करता है, और डीआईबीएल को संशोधित करता है। नाली-प्रेरित बाधा को कम करना ताकि पिंच-ऑफ क्षेत्र में वाहक की आपूर्ति में वृद्धि हो सके, वर्तमान में वृद्धि हो और आउटपुट प्रतिरोध कम हो सके ). फिर से, सटीक परिणामों के लिए SPICE#डिवाइस मॉडल की आवश्यकता होती है।

बाहरी संबंध

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

यह भी देखें

• सीमा वोल्टेज
• लघु चैनल प्रभाव
• DIBL|ड्रेन-इंड्यूस्ड बैरियर लोअरिंग
• MOSFET#MOSFET संरचना और चैनल निर्माण
• हाइब्रिड-पाई मॉडल
• ट्रांजिस्टर मॉडल

श्रेणी:इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन श्रेणी:MOSFETs