फ़्लोटिंग-गेट मॉसफेट
फ़्लोटिंग-गेट मॉसफेट (एफजीएमओएस), जिसे फ़्लोटिंग-गेट एमओएस ट्रांजिस्टर या फ़्लोटिंग-गेट ट्रांजिस्टर के रूप में भी जाना जाता है, धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (मॉसफेट) का प्रकार है जहाँ गेट विद्युत रूप से पृथक होता है, और फ़्लोटिंग बनाता है एकदिश धारा में नोड, और कई सेकेंडरी गेट या इनपुट फ्लोटिंग गेट (एफजी) के ऊपर जमा होते हैं और इससे विद्युत रूप से अलग होते हैं। ये इनपुट केवल एफजी से जुड़े कैपेसिटिव कपलिंग हैं। चूंकि एफजी अत्यधिक प्रतिरोधी सामग्री से घिरा हुआ है, इसमें निहित आवेश लंबे समय तक अपरिवर्तित रहता है।[1] आजकल सामान्यतः 10 साल से अधिक सामान्यतः फाउलर-नॉर्डहेम टनलिंग और गर्म वाहक इंजेक्शन तंत्र का उपयोग एफजी में संग्रहीत आवेश की मात्रा को संशोधित करने के लिए किया जाता है।
एफजीएमओएस का उपयोग सामान्यतः फ्लोटिंग-गेट मेमोरी सेल (कंप्यूटिंग), ईपीरोम,ईईपीरोम और फ्लैश मेमोरी तकनीकों में स्मृति तत्व के रूप में किया जाता है। एफजीएमओएस के अन्य उपयोगों में तंत्रिका नेटवर्क में न्यूरोनल कम्प्यूटेशनल तत्व एनालॉग स्टोरेज एलिमेंट[2] डिजिटल पोटेंशियोमीटर और सिंगल-ट्रांजिस्टर डिज़िटल से एनालॉग कन्वर्टर सम्मिलित है।[2][3]
इतिहास
पहला मॉसफेट 1959 में बेल लैब्स में मोहम्मद ओटाला और डॉन कहंग द्वारा आविष्कार किया गया था और 1960 में प्रस्तुत किया गया था।[4] एफजीएमओएस की पहली रिपोर्ट बाद में बेल लैब्स में डॉन काहंग और साइमन मिन स्जे द्वारा बनाई गई थी, और यह 1967 की तिथि 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] ईपीरोम, ईईपीरोम और फ्लैश मेमोरी में गैर-वाष्पशील मेमोरी डेटा को स्टोर करने के लिए एफजीएमओएस का प्रारंभिक अनुप्रयोग डिजिटल सेमीकंडक्टर मेमोरी कंप्यूटर मेमोरी था।
1989 में, इंटेल ने एफजीएमओएस को अपने विद्युत रूप से प्रशिक्षित कृत्रिम तंत्रिका नेटवर्क (ईटीएएनएन) चिप में एनालॉग गैर-वाष्पशील स्मृति तत्व के रूप में नियोजित किया।[3] डिजिटल मेमोरी के अतिरिक्त अन्य अनुप्रयोगों के लिए एफजीएमओएस उपकरणों का उपयोग करने की क्षमता का प्रदर्शन किया।
तीन अनुसंधान उपलब्धियों ने वर्तमान एफजीएमओएस सर्किट विकास के लिए आधार तैयार किया:
- थॉमसन और ब्रुक का प्रदर्शन और 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।
- वीएमओएस, 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 अतिरिक्त एफजी सर्किट गुणों पर ध्यान केंद्रित किया, और मॉसफेट स्विच को खोलकर और बंद करके आवेश को बराबर करने के लिए या तो पराबैंगनी प्रकाश का उपयोग किया, या नकली एफजी तत्वों का उपयोग किया।
- कार्वर मीड का अनुकूली रेटिना[2] अनुकूली सर्किट प्रौद्योगिकी की रीढ़ की हड्डी के रूप में, इस स्थितियों में यूवी प्रकाश, निरंतर-संचालन एफजी प्रोग्रामिंग मिटाने वाली तकनीकों का उपयोग करने का पहला उदाहरण दिया।
संरचना
एफजीएमओएस को मानक एमओएस ट्रांजिस्टर के गेट को विद्युत रूप से अलग करके बनाया जा सकता है, जिससे इसके गेट से कोई प्रतिरोधक संबंध न हो। कई द्वितीयक द्वार या इनपुट फ़्लोटिंग गेट (एफजी) के ऊपर जमा किए जाते हैं और इससे विद्युत रूप से पृथक होते हैं। ये इनपुट केवल कैपेसिटिव रूप से एफजी से जुड़े होते हैं, क्योंकि एफजी पूरी तरह से अत्यधिक प्रतिरोधक सामग्री से घिरा होता है। तो, इसके डीसी ऑपरेटिंग पॉइंट के संदर्भ में, एफजी फ्लोटिंग नोड है।
उन अनुप्रयोगों के लिए जहां एफजी के आवेश को संशोधित करने की आवश्यकता होती है, इंजेक्शन और टनलिंग संचालन करने के लिए प्रत्येक एफजीएमओएस ट्रांजिस्टर में छोटे अतिरिक्त ट्रांजिस्टर जोड़ी जाती है। प्रत्येक ट्रांजिस्टर के द्वार आपस में जुड़े होते हैं; टनलिंग ट्रांजिस्टर के स्रोत, नाली और बल्क टर्मिनल 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 प्रयुक्त होते हैं जिन्हें फ्लोटिंग गेट में विद्युत क्षेत्र के माध्यम से इंजेक्शन दिया जाता है।
विशुद्ध रूप से कैपेसिटिव उपयोग के लिए एफजीएमओएस ट्रांजिस्टर को N या P संस्करणों पर निर्मित किया जा सकता है।[9]
आवेश संशोधन अनुप्रयोगों के लिए, टनलिंग ट्रांजिस्टर (और इसलिए ऑपरेटिंग एफजीएमओएस) को कुएं में एम्बेड करने की आवश्यकता होती है, इसलिए तकनीक एफजीएमओएस 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 एफजीएमओएस डिवाइस के एफजी पर वोल्टेज का निर्धारण करना संभव है, तो मानक एमओएस ट्रांजिस्टर मॉडल का उपयोग करके इसके ड्रेन टू सोर्स करंट को व्यक्त करना संभव है। इसलिए, समीकरणों का सेट प्राप्त करने के लिए जो एफजीएमओएस डिवाइस के बड़े सिग्नल ऑपरेशन को मॉडल करता है, इसके प्रभावी इनपुट वोल्टेज और इसके एफजी पर वोल्टेज के बीच संबंध खोजना आवश्यक है।
छोटा संकेत
N-इनपुट एफजीएमओएस डिवाइस में एमओएस 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 ट्रांसकंडक्टेंस , आउटपुट ट्रांसकंडक्टेंस और बल्क ट्रांसकंडक्टेंस है। क्रमश:
जहाँ फ्लोटिंग गेट द्वारा देखी गई कुल समाई है। ये समीकरण एमओएस ट्रांजिस्टर की तुलना में एफजीएमओएस की दो गलतियों दिखाते हैं:
- इनपुट ट्रांसकंडक्टेंस में कमी
- आउटपुट प्रतिरोध में कमी
सिमुलेशन
सामान्य परिस्थितियों में, सर्किट में फ़्लोटिंग नोड 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 सरल नहीं है; और दूसरा, निर्माण प्रक्रिया के समय आवेश की अज्ञात मात्रा फ्लोटिंग गेट पर फंसी रह सकती है, जिसके परिणामस्वरूप एफजी वोल्टेज के लिए अज्ञात प्रारंभिक स्थिति होगी।
कंप्यूटर सिमुलेशन के लिए प्रस्तावित कई समाधानों में, सबसे आशाजनक विधियों में से रोड्रिग्ज-विलेगास द्वारा प्रस्तावित प्रारंभिक क्षणिक विश्लेषण (आईटीए) है,[10] जहां एफजी को निर्माण प्रक्रिया के बाद एफजी में फंसे आवेश के माप के आधार पर शून्य वोल्ट या पहले से ज्ञात वोल्टेज पर सेट किया जाता है। क्षणिक विश्लेषण तब आपूर्ति वोल्टेज के साथ उनके अंतिम मूल्यों पर सेट किया जाता है, जिससे आउटपुट सामान्य रूप से विकसित होते हैं। एफजीएस के मूल्यों को तब निकाला जा सकता है और बाद के छोटे-सिग्नल सिमुलेशन के लिए उपयोग किया जाता है, प्रारंभिक एफजी मान के साथ वोल्टेज आपूर्ति को बहुत ही उच्च-मूल्य प्रारंभ करनेवाला का उपयोग करके फ्लोटिंग गेट से जोड़ा जाता है।
अनुप्रयोग
एफजीएमओएस के उपयोग और अनुप्रयोगों को सामान्यतः दो स्थितियों में वर्गीकृत किया जा सकता है। यदि सर्किट उपयोग के समय फ्लोटिंग गेट में आवेश को संशोधित नहीं किया जाता है, तो ऑपरेशन कैपेसिटिव कपल होता है।
संचालन के कैपेसिटिव कपल्ड शासन में, फ्लोटिंग गेट में नेट आवेश संशोधित नहीं होता है। इस व्यवस्था के लिए आवेदन के उदाहरण एकल ट्रांजिस्टर योजक, डीएसी, गुणक और तर्क कार्य, और परिवर्तनीय थ्रेसहोल्ड इनवर्टर हैं।
एफजीएमओएस को प्रोग्रामेबल आवेश एलिमेंट के रूप में उपयोग करते हुए, यह सामान्यतः गैर-वाष्पशील भंडारण जैसे फ्लैश मेमोरी, ईपीरोम और ईईपीरोम मेमोरी के लिए उपयोग किया जाता है। इस संदर्भ में, फ्लोटिंग-गेट मॉसफेटएस बिजली की आपूर्ति के कनेक्शन के बिना विस्तारित अवधि के लिए विद्युत आवेश को संग्रहीत करने की उनकी क्षमता के कारण उपयोगी होते हैं। एफजीएमओएस के अन्य अनुप्रयोगों में न्यूरल नेटवर्क में न्यूरोनल कम्प्यूटेशनल तत्व, एनालॉग स्टोरेज एलिमेंट और डिजिटल पोटेंशियोमीटर ई-पॉट्स सम्मिलित हैं।
यह भी देखें
- आवेश ट्रैप फ्लैश
- फे एफईटी
- आईजीबीटी
- एमओएसएफईटी
- सोनोस
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
