चैनल लंबाई मॉड्यूलेशन

संतृप्ति क्षेत्र में कार्यरत MOSFET का क्रॉस सेक्शन

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

प्रभाव को समझने के लिए सबसे पहले चैनल के पिंच-ऑफ की धारणा पेश 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 नाली वोल्टेज से लगभग एक स्थिर स्वतंत्र होती है। हालाँकि, नाली के पास, गेट और नाली संयुक्त रूप से विद्युत क्षेत्र पैटर्न निर्धारित करते हैं। एक चैनल में बहने के बजाय, पिंच-ऑफ बिंदु से परे, वाहक एक उपसतह पैटर्न में प्रवाहित होते हैं, जो संभव हो जाता है क्योंकि नाली और गेट दोनों वर्तमान को नियंत्रित करते हैं। दाईं ओर की आकृति में, चैनल को एक धराशायी रेखा द्वारा दर्शाया गया है और जैसे-जैसे नाली के करीब पहुंचता है, यह कमजोर होता जाता है, जिससे गठित व्युत्क्रम परत के अंत और नाली ("पिंच-ऑफ") के बीच अपरिवर्तित सिलिकॉन का एक अंतर रह जाता है। क्षेत्र)।

जैसे-जैसे ड्रेन वोल्टेज बढ़ता है, करंट 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, 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 MOSFET के लिए नाली पूर्वाग्रह में वृद्धि के साथ वर्तमान में वृद्धि होती है। स्रोत-से-नाली पृथक्करण जितना कम होगा, नाली जंक्शन उतना गहरा होगा, और ऑक्साइड इन्सुलेटर जितना मोटा होगा प्रभाव अधिक स्पष्ट होगा।

कमजोर व्युत्क्रम क्षेत्र में, चैनल-लंबाई मॉड्यूलेशन के अनुरूप नाली के प्रभाव से खराब डिवाइस बंद व्यवहार होता है जिसे डीआईबीएल | नाली-प्रेरित बाधा कम करना, थ्रेसहोल्ड वोल्टेज की नाली प्रेरित कमी के रूप में जाना जाता 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। करंट पर प्रभाव की समानता के कारण चैनल-लंबाई मॉड्यूलेशन के वैकल्पिक नाम के रूप में MOSFETs के लिए प्रारंभिक प्रभाव शब्द का भी उपयोग किया गया है।

शिचमैन-हॉजेस मॉडल

पाठ्यपुस्तकों में, MOSFET#ऑपरेशन के तरीकों में चैनल लंबाई मॉड्यूलेशन को आमतौर पर शिचमैन-हॉजेस मॉडल का उपयोग करके वर्णित किया गया है, जो केवल पुरानी तकनीक के लिए सटीक है: कहाँ $I_{\text{D}}$ = नाली धारा, $K'_{n}$ = प्रौद्योगिकी पैरामीटर को कभी-कभी ट्रांसकंडक्टेंस गुणांक कहा जाता है, डब्ल्यू, एल = एमओएसएफईटी 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 मॉड्यूलेशन 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 तय करता है, जो वर्तमान दर्पण और एम्पलीफायरों के सर्किट डिजाइन में एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है।

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

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

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

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

जहां वी_E एक उपयुक्त पैरामीटर है, हालाँकि यह BJTs के लिए प्रारंभिक प्रभाव की अवधारणा के समान है। 65nm के लिए, मोटे तौर पर V_E ≈ 4 V/μm.(ईकेवी मॉडल में अधिक विस्तृत दृष्टिकोण का उपयोग किया जाता है।). हालाँकि, λ के लिए आज तक उपयोग किया गया कोई भी 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।

MOSFET 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 बताया गया है। छोटे एमओएसएफईटी में अतिरिक्त कारक उत्पन्न होते हैं जैसे: डीआईबीएल | नाली-प्रेरित बाधा कम करना (जो थ्रेसहोल्ड वोल्टेज को कम करता है, वर्तमान में वृद्धि करता है और आउटपुट प्रतिरोध को कम करता है), वेग संतृप्ति (जो नाली वोल्टेज के साथ चैनल वर्तमान में वृद्धि को सीमित करता है, जिससे आउटपुट प्रतिरोध को बढ़ाना) और बैलिस्टिक परिवहन (जो ड्रेन द्वारा करंट के संग्रह को संशोधित करता है, और डीआईबीएल को संशोधित करता है। ड्रेन-प्रेरित बाधा को कम करता है ताकि पिंच-ऑफ क्षेत्र में वाहक की आपूर्ति बढ़ सके, करंट बढ़ जाए और आउटपुट प्रतिरोध कम हो जाए) ). फिर, 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
• डीआईबीएल|नाली-प्रेरित अवरोध को कम करना
• MOSFET#संरचना और चैनल निर्माण
• हाइब्रिड-पीआई मॉडल
• ट्रांजिस्टर मॉडल

श्रेणी:इलेक्ट्रॉनिक डिज़ाइन श्रेणी:एमओएसएफईटी