MOSFET एक धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर है। या धातु-रोधक-अर्धचालक। द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर इनपुट सिरे पर धारा के छोटे परिवर्तन को प्रवर्धित करता है और आउटपुट सिरे पर धारा के बड़े परिवर्तन को निर्गत करता है। द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर का लाभ निर्गत और निवेशित धारा (बीटा) के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है। एक अन्य प्रकार का ट्रांजिस्टर, जिसे क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर (FET) कहा जाता है, निविष्ट वोल्टेज में परिवर्तन को निर्गत धारा में परिवर्तन में परिवर्तित करता है। FET का लाभ उसकी पारचालकता के बराबर होता है, जिसे निर्गत धारा में परिवर्तन और निवेशित वोल्टेज में परिवर्तन के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है। FET का नाम इसके इनपुट (जिसे गेट कहा जाता है) से भी आता है जो एक रोधक परत पर विद्युत क्षेत्र प्रक्षेपित करके ट्रांजिस्टर से प्रवाहित धारा को प्रभावित करता है। वास्तव में इस रोधक से कोई धारा प्रवाहित नहीं होती, इसलिए FET का गेट धारा बहुत छोटा होता है। सबसे सामान्य FET, GATE के नीचे रोधक के रूप में सिलिकॉन डाइऑक्साइड की एक पतली परत का उपयोग करता है। ऐसे ट्रांजिस्टरों को मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर (MOS) ट्रांजिस्टर, या मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर (MOSFET) कहा जाता है। चूँकि MOSFET आकार में छोटे और अधिक ऊर्जा कुशल होते हैं, इसलिए उन्होंने कई अनुप्रयोगों में द्विध्रुवी ट्रांजिस्टरों का स्थान ले लिया है।

एमओएस क्या है? क्या असर है?

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MOSFET एक धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर, या एक धातु-रोधक-अर्धचालक है। MOSFET के स्रोत और अपवाह को उलटा किया जा सकता है, और ये सभी P-प्रकार बैकगेट में निर्मित N-प्रकार के क्षेत्र हैं। अधिकांश मामलों में, ये दोनों क्षेत्र समान होते हैं, और यदि दोनों सिरों को उलट भी दिया जाए, तो भी यह उपकरण के प्रदर्शन को प्रभावित नहीं करेगा। ऐसे उपकरणों को सममित माना जाता है।

द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर इनपुट छोर पर करंट के छोटे परिवर्तन को बढ़ाता है और आउटपुट छोर पर एक बड़े करंट परिवर्तन को आउटपुट करता है। द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के लाभ को आउटपुट और इनपुट करंट (बीटा) के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है। एक अन्य प्रकार का ट्रांजिस्टर, जिसे फ़ील्ड इफ़ेक्ट ट्रांजिस्टर (FET) कहा जाता है, इनपुट वोल्टेज में परिवर्तन को आउटपुट करंट में परिवर्तन में परिवर्तित करता है। FET का लाभ उसके ट्रांसकंडक्टेंस के बराबर होता है, जिसे आउटपुट करंट में परिवर्तन और इनपुट वोल्टेज में परिवर्तन के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है।

FET का नाम भी इसके इनपुट (जिसे गेट कहते हैं) से आया है जो एक विद्युतरोधी परत पर विद्युत क्षेत्र प्रक्षेपित करके ट्रांजिस्टर से प्रवाहित धारा को प्रभावित करता है। वास्तव में इस विद्युतरोधी परत से कोई धारा प्रवाहित नहीं होती, इसलिए FET का गेट धारा बहुत कम होता है। सबसे आम FET, GATE के नीचे विद्युतरोधी परत के रूप में सिलिकॉन डाइऑक्साइड की एक पतली परत का उपयोग करता है। ऐसे ट्रांजिस्टर को धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक (MOS) ट्रांजिस्टर, या धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर (MOSFET) कहा जाता है। चूँकि MOSFET छोटे और अधिक ऊर्जा कुशल होते हैं, इसलिए उन्होंने कई अनुप्रयोगों में द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर का स्थान ले लिया है।

MOSFET को बेहतर ढंग से समझने के लिए सबसे पहले एक सरल उपकरण - MOS संधारित्र - पर नज़र डालें। इस उपकरण में दो इलेक्ट्रोड होते हैं, एक धातु का और दूसरा बाह्य सिलिकॉन का, जो सिलिकॉन डाइऑक्साइड की एक पतली परत द्वारा अलग किए गए होते हैं। धातु का ध्रुव GATE है, और अर्धचालक टर्मिनल बैकगेट या बॉडी है। उनके बीच की इन्सुलेटिंग ऑक्साइड परत को गेट डाइइलेक्ट्रिक कहा जाता है। दिखाए गए उपकरण में हल्के से डोप किए गए P-प्रकार के सिलिकॉन से बना एक बैकगेट है। इस MOS संधारित्र की विद्युत विशेषताओं को बैकगेट को ग्राउंड से और गेट को विभिन्न वोल्टेज से जोड़कर समझाया जा सकता है। MOS संधारित्र का GATE विभव 0V है। धातु के GATE और अर्धचालक BACKGATE के बीच कार्य फलन में अंतर यह विद्युत क्षेत्र बहुत कमजोर है, इसलिए वाहक सांद्रता में परिवर्तन बहुत छोटा है, और डिवाइस की समग्र विशेषताओं पर प्रभाव भी बहुत छोटा है।

क्या होता है जब एमओएस कैपेसिटर का गेट बैकगेट के संबंध में आगे की ओर झुका हुआ होता है। GATE DIELECTRIC पर विद्युत क्षेत्र तीव्र हो जाता है, और सब्सट्रेट से अधिक इलेक्ट्रॉन खींच लिए जाते हैं। उसी समय, छिद्रों को सतह से हटा दिया जाता है। जैसे-जैसे GATE वोल्टेज बढ़ता है, सतह पर छिद्रों की तुलना में अधिक इलेक्ट्रॉन होंगे। अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों के कारण, सिलिकॉन की सतह एन-प्रकार सिलिकॉन की तरह दिखती है। डोपिंग ध्रुवता के उलटाव को उलटा कहा जाता है, और उलटी सिलिकॉन परत को चैनल कहा जाता है। जैसे-जैसे GATE वोल्टेज बढ़ता रहता है, सतह पर अधिक से अधिक इलेक्ट्रॉन जमा हो जाते हैं, और चैनल एक मजबूत उलटा बन जाता है। जिस वोल्टेज पर चैनल बनता है उसे थ्रेशोल्ड वोल्टेज Vt कहा जाता है। जब GATE और BACKGATE के बीच वोल्टेज का अंतर थ्रेशोल्ड वोल्टेज से कम होता है, तो कोई चैनल नहीं बनता है। जब वोल्टेज अंतर थ्रेशोल्ड वोल्टेज से अधिक हो जाता है, तो चैनल प्रकट होता है।

एमओएस कैपेसिटर: (ए) निष्पक्ष (वीबीजी=0वी), (बी) उलटा (वीबीजी=3वी), (सी) संचित (वीबीजी=-3वी)।

मध्य वह स्थिति है जब एमओएस कैपेसिटर का गेट बैकगेट के संबंध में एक नकारात्मक वोल्टेज है। विद्युत क्षेत्र उलट जाता है, छिद्रों को सतह पर आकर्षित करता है और इलेक्ट्रॉनों को विकर्षित करता है। सिलिकॉन की सतह अधिक भारी मात्रा में डोप की गई प्रतीत होती है, और उपकरण को संचय अवस्था में माना जाता है।

एमओएस कैपेसिटर की विशेषताओं का उपयोग एमओएस ट्रांजिस्टर बनाने के लिए किया जा सकता है। गेट, डाइइलेक्ट्रिक और बैकगेट वैसे ही बने हुए हैं। GATE के दोनों ओर दो अतिरिक्त चुनिंदा डोप्ड क्षेत्र हैं। इनमें से एक को स्रोत और दूसरे को अपवाह कहा जाता है। मान लें कि स्रोत और बैकगेट दोनों ग्राउंडेड हैं, और ड्रेन एक सकारात्मक वोल्टेज से जुड़ा है। जब तक GATE और BACKGATE के बीच वोल्टेज थ्रेशोल्ड वोल्टेज से कम है, तब तक कोई चैनल नहीं बनेगा। ड्रेन और बैकगेट के बीच पीएन जंक्शन रिवर्स बायस्ड है, इसलिए ड्रेन से बैकगेट तक केवल थोड़ी मात्रा में करंट प्रवाहित होता है। यदि GATE वोल्टेज थ्रेशोल्ड वोल्टेज से अधिक है, तो GATE ढांकता हुआ के नीचे एक चैनल दिखाई देता है। यह चैनल एन-प्रकार सिलिकॉन की एक पतली परत की तरह है जो नाली और स्रोत को छोटा कर देता है। इलेक्ट्रॉनों से युक्त धारा स्रोत से चैनल के माध्यम से नाली तक प्रवाहित होती है। सामान्य तौर पर, ड्रेन करंट तभी होगा जब गेट-टू-सोर्स वोल्टेज V थ्रेशोल्ड वोल्टेज Vt से अधिक हो।

एक सममित MOSFET में, स्रोत और ड्रेन का लेबलिंग कुछ हद तक मनमाना होता है। परिभाषा के अनुसार, वाहक स्रोत से निकलकर ड्रेन में प्रवाहित होते हैं। इसलिए, स्रोत और ड्रेन की पहचान उपकरण के बायस द्वारा निर्धारित होती है। कभी-कभी ट्रांजिस्टर पर बायस वोल्टेज स्थिर नहीं होता है, और दोनों लीड एक-दूसरे के साथ भूमिकाएँ बदल लेते हैं। ऐसी स्थिति में, सर्किट डिज़ाइनर को यह निर्दिष्ट करना होगा कि एक ड्रेन है और दूसरा स्रोत।

स्रोत और ड्रेन असममित MOSFET होते हैं जिनमें अलग-अलग डोपिंग और अलग-अलग ज्यामितीय आकृतियाँ होती हैं। असममित ट्रांजिस्टर बनाने के कई कारण हैं, लेकिन सभी का अंतिम परिणाम एक ही होता है। एक लीड टर्मिनल ड्रेन के रूप में अनुकूलित होता है और दूसरा स्रोत के रूप में अनुकूलित होता है। यदि ड्रेन और स्रोत की अदला-बदली कर दी जाए, तो उपकरण ठीक से काम नहीं करेगा।

ट्रांजिस्टर में N-प्रकार का चैनल होता है, इसलिए इसे N-चैनल MOSFET या NMOS कहा जाता है। एक P-चैनल MOS (PMOS) ट्यूब भी मौजूद है, जो एक P-MOSFET है जो हल्के से डोप किए गए N-प्रकार के बैकगेट और एक P-प्रकार के स्रोत व ड्रेन से बना होता है। यदि इस ट्रांजिस्टर का GATE बैकगेट के सापेक्ष अग्र अभिनत होता है, तो इलेक्ट्रॉन सतह की ओर आकर्षित होते हैं और छिद्र सतह से प्रतिकर्षित होते हैं। सिलिकॉन की सतह जमा हो जाती है, और कोई चैनल नहीं बनता है। यदि GATE बैकगेट के सापेक्ष पश्च अभिनत होता है, तो छिद्र सतह की ओर आकर्षित होते हैं और एक चैनल बनता है। इसलिए, PMOS ट्रांजिस्टर का थ्रेशोल्ड वोल्टेज ऋणात्मक होता है। चूँकि NMOS का थ्रेशोल्ड वोल्टेज धनात्मक होता है और PMOS का थ्रेशोल्ड वोल्टेज ऋणात्मक होता है, इसलिए इंजीनियर आमतौर पर थ्रेशोल्ड वोल्टेज के आगे का चिह्न हटा देते हैं। एक इंजीनियर कह सकता है, "PMOS Vt 0.6V से 0.7V तक बढ़ता है", जबकि वास्तव में PMOS Vt -0.6V से -0.7V तक गिरता है।