MOSFETలు ఎలా పని చేస్తాయి

MOSFET యొక్క పని సూత్రం ప్రధానంగా దాని ప్రత్యేక నిర్మాణ లక్షణాలు మరియు విద్యుత్ క్షేత్ర ప్రభావాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది. MOSFET లు ఎలా పని చేస్తాయో క్రింది వివరణాత్మక వివరణ ఉంది:

I. MOSFET యొక్క ప్రాథమిక నిర్మాణం

MOSFETలో ప్రధానంగా గేట్ (G), ఒక మూలం (S), ఒక కాలువ (D) మరియు ఒక సబ్‌స్ట్రేట్ (B, కొన్నిసార్లు మూడు-టెర్మినల్ పరికరాన్ని రూపొందించడానికి మూలానికి అనుసంధానించబడి ఉంటుంది) ఉంటాయి. N-ఛానల్ మెరుగుదల MOSFET లలో, సబ్‌స్ట్రేట్ సాధారణంగా తక్కువ-డోప్డ్ P-రకం సిలికాన్ పదార్థం, దానిపై రెండు అధిక డోప్ చేయబడిన N-రకం ప్రాంతాలు వరుసగా మూలం మరియు డ్రెయిన్‌గా పనిచేయడానికి రూపొందించబడ్డాయి. P-రకం సబ్‌స్ట్రేట్ యొక్క ఉపరితలం చాలా సన్నని ఆక్సైడ్ ఫిల్మ్‌తో (సిలికాన్ డయాక్సైడ్) ఇన్సులేటింగ్ లేయర్‌గా కప్పబడి ఉంటుంది మరియు గేట్‌గా ఎలక్ట్రోడ్ డ్రా చేయబడింది. ఈ నిర్మాణం P-రకం సెమీకండక్టర్ సబ్‌స్ట్రేట్, డ్రెయిన్ మరియు సోర్స్ నుండి గేట్‌ను ఇన్సులేట్ చేస్తుంది మరియు దీనిని ఇన్సులేటెడ్-గేట్ ఫీల్డ్ ఎఫెక్ట్ ట్యూబ్ అని కూడా పిలుస్తారు.

II. ఆపరేషన్ సూత్రం

డ్రెయిన్ కరెంట్ (ID)ని నియంత్రించడానికి గేట్ సోర్స్ వోల్టేజ్ (VGS)ని ఉపయోగించడం ద్వారా MOSFETలు పనిచేస్తాయి. ప్రత్యేకించి, అప్లైడ్ పాజిటివ్ గేట్ సోర్స్ వోల్టేజ్, VGS, సున్నా కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, గేట్ క్రింద ఉన్న ఆక్సైడ్ పొరపై ఎగువ సానుకూల మరియు దిగువ ప్రతికూల విద్యుత్ క్షేత్రం కనిపిస్తుంది. ఈ విద్యుత్ క్షేత్రం P-ప్రాంతంలో ఉచిత ఎలక్ట్రాన్‌లను ఆకర్షిస్తుంది, దీని వలన అవి ఆక్సైడ్ పొర క్రింద పేరుకుపోతాయి, అదే సమయంలో P-ప్రాంతంలో రంధ్రాలను తిప్పికొడుతుంది. VGS పెరిగేకొద్దీ, విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క బలం పెరుగుతుంది మరియు ఆకర్షించబడిన ఉచిత ఎలక్ట్రాన్ల ఏకాగ్రత పెరుగుతుంది. VGS నిర్దిష్ట థ్రెషోల్డ్ వోల్టేజ్ (VT)కి చేరుకున్నప్పుడు, ఆ ప్రాంతంలో సేకరించిన ఉచిత ఎలక్ట్రాన్‌ల సాంద్రత కొత్త N-రకం ప్రాంతాన్ని (N-ఛానల్) రూపొందించడానికి తగినంత పెద్దదిగా ఉంటుంది, ఇది కాలువ మరియు మూలాన్ని కలిపే వంతెన వలె పనిచేస్తుంది. ఈ సమయంలో, డ్రెయిన్ మరియు సోర్స్ మధ్య నిర్దిష్ట డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్ (VDS) ఉంటే, డ్రెయిన్ కరెంట్ ID ప్రవహించడం ప్రారంభమవుతుంది.

III. కండక్టింగ్ ఛానెల్ యొక్క నిర్మాణం మరియు మార్పు

కండక్టింగ్ ఛానల్ ఏర్పడటం MOSFET యొక్క ఆపరేషన్‌కు కీలకం. VT కంటే VGS ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, కండక్టింగ్ ఛానల్ స్థాపించబడింది మరియు డ్రెయిన్ కరెంట్ ID VGS మరియు VDS రెండింటి ద్వారా ప్రభావితమవుతుంది.VGS వాహక ఛానెల్ యొక్క వెడల్పు మరియు ఆకృతిని నియంత్రించడం ద్వారా IDని ప్రభావితం చేస్తుంది, అయితే VDS నేరుగా డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్‌గా IDని ప్రభావితం చేస్తుంది. కండక్టింగ్ ఛానల్ స్థాపించబడకపోతే (అంటే, VT కంటే VGS తక్కువగా ఉంటుంది), VDS ఉన్నప్పటికీ, డ్రెయిన్ కరెంట్ ID కనిపించదని గమనించడం ముఖ్యం.

IV. MOSFETల లక్షణాలు

అధిక ఇన్‌పుట్ ఇంపెడెన్స్:MOSFET యొక్క ఇన్‌పుట్ ఇంపెడెన్స్ చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది, అనంతానికి దగ్గరగా ఉంటుంది, ఎందుకంటే గేట్ మరియు సోర్స్-డ్రెయిన్ ప్రాంతం మధ్య ఇన్సులేటింగ్ లేయర్ ఉంది మరియు బలహీనమైన గేట్ కరెంట్ మాత్రమే ఉంటుంది.

తక్కువ అవుట్‌పుట్ ఇంపెడెన్స్:MOSFETలు వోల్టేజ్-నియంత్రిత పరికరాలు, దీనిలో సోర్స్-డ్రెయిన్ కరెంట్ ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్‌తో మారవచ్చు, కాబట్టి వాటి అవుట్‌పుట్ ఇంపెడెన్స్ తక్కువగా ఉంటుంది.

స్థిరమైన ప్రవాహం:సంతృప్త ప్రాంతంలో పనిచేస్తున్నప్పుడు, MOSFET యొక్క కరెంట్ సోర్స్-డ్రెయిన్ వోల్టేజ్‌లో మార్పుల ద్వారా వాస్తవంగా ప్రభావితం కాదు, అద్భుతమైన స్థిరమైన ప్రవాహాన్ని అందిస్తుంది.

మంచి ఉష్ణోగ్రత స్థిరత్వం:MOSFETలు -55°C నుండి దాదాపు +150°C వరకు విస్తృత ఆపరేటింగ్ ఉష్ణోగ్రత పరిధిని కలిగి ఉంటాయి.

V. అప్లికేషన్లు మరియు వర్గీకరణలు

MOSFETలు డిజిటల్ సర్క్యూట్‌లు, అనలాగ్ సర్క్యూట్‌లు, పవర్ సర్క్యూట్‌లు మరియు ఇతర ఫీల్డ్‌లలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. ఆపరేషన్ రకం ప్రకారం, MOSFETలను మెరుగుదల మరియు క్షీణత రకాలుగా వర్గీకరించవచ్చు; కండక్టింగ్ ఛానల్ రకం ప్రకారం, వాటిని N-ఛానల్ మరియు P-ఛానల్‌గా వర్గీకరించవచ్చు. ఈ విభిన్న రకాల MOSFETలు వేర్వేరు అప్లికేషన్ దృశ్యాలలో వాటి స్వంత ప్రయోజనాలను కలిగి ఉన్నాయి.

సారాంశంలో, MOSFET యొక్క పని సూత్రం గేట్ సోర్స్ వోల్టేజ్ ద్వారా వాహక ఛానల్ యొక్క నిర్మాణం మరియు మార్పును నియంత్రించడం, ఇది డ్రెయిన్ కరెంట్ ప్రవాహాన్ని నియంత్రిస్తుంది. దీని అధిక ఇన్‌పుట్ ఇంపెడెన్స్, తక్కువ అవుట్‌పుట్ ఇంపెడెన్స్, స్థిరమైన కరెంట్ మరియు ఉష్ణోగ్రత స్థిరత్వం MOSFETలను ఎలక్ట్రానిక్ సర్క్యూట్‌లలో ఒక ముఖ్యమైన భాగం చేస్తుంది.