டிரான்சிஸ்டருக்கு பதிலாக MOSFET ஐ ஏன் பயன்படுத்த வேண்டும்?

அறிமுகம்

எலக்ட்ரானிக் கூறுகளின் துறையில், மெட்டல்-ஆக்சைடு-செமிகண்டக்டர் ஃபீல்ட்-எஃபெக்ட் டிரான்சிஸ்டர் (MOSFET ) நவீன சுற்றுகளில் ஒரு அடிப்படை கட்டுமானத் தொகுதியாக உருவெடுத்துள்ளது. பாரம்பரிய இருமுனை சந்திப்பு டிரான்சிஸ்டர்கள் (BJTகள்) மின்னணு சாதனங்களின் வளர்ச்சியில் குறிப்பிடத்தக்க பங்கைக் கொண்டிருந்தாலும், MOSFET கள் பல்வேறு பயன்பாடுகளில் அவற்றை விரும்பத்தக்கதாக மாற்றும் தனித்துவமான நன்மைகளை வழங்குகின்றன. பொறியாளர்கள் மற்றும் வடிவமைப்பாளர்கள் வழக்கமான டிரான்சிஸ்டர்களை விட MOSFET களைத் தேர்ந்தெடுப்பதற்கான காரணங்களை இந்தக் கட்டுரை ஆராய்கிறது, அவற்றின் செயல்பாட்டு திறன்கள், கட்டமைப்பு நன்மைகள் மற்றும் மின்னணு அமைப்புகளுக்கு அவர்கள் கொண்டு வரும் தொழில்நுட்ப முன்னேற்றங்கள்.

MOSFETகள் மற்றும் BJT களுக்கு இடையிலான அடிப்படை வேறுபாடுகள்

மையத்தில், MOSFETகள் மற்றும் BJTகள் மின்னணு சுற்றுகளில் சுவிட்சுகள் அல்லது பெருக்கிகளாக செயல்படுகின்றன, ஆனால் அவை வெவ்வேறு கொள்கைகளில் செயல்படுகின்றன. BJTகள் மின்னோட்டத்தால் கட்டுப்படுத்தப்படும் சாதனங்கள், தொடர்ந்து இயங்குவதற்கு அடிப்படை மின்னோட்டத்தின் தொடர்ச்சியான ஓட்டம் தேவைப்படுகிறது. இதற்கு மாறாக, MOSFETகள் மின்னழுத்தத்தால் கட்டுப்படுத்தப்படுகின்றன, வடிகால் மற்றும் மூல முனையங்களுக்கு இடையே கடத்துத்திறனை மாற்றியமைக்க கேட் முனையத்தில் மின்னழுத்தம் தேவைப்படுகிறது. இந்த அடிப்படை வேறுபாடு MOSFET களுக்கு பல செயல்பாட்டு நன்மைகளுக்கு வழிவகுக்கிறது.

மின் நுகர்வு திறன்

MOSFET களின் மின்னழுத்த-கட்டுப்படுத்தப்பட்ட தன்மை BJTகளுடன் ஒப்பிடும்போது ஓட்டுநர் சுற்றுகளில் கணிசமாக குறைந்த சக்தியைப் பயன்படுத்துகிறது. MOSFET இன் நிலையைப் பராமரிக்க கேட் மின்னோட்டம் தேவையில்லை என்பதால் (கேட் கொள்ளளவு சார்ஜ் செய்யப்படும் அல்லது டிஸ்சார்ஜ் செய்யப்படும் மாறுதல் மாற்றத்தின் போது தவிர), நிலையான மின் நுகர்வு குறைவாக இருக்கும். இந்த செயல்திறன் பேட்டரியால் இயங்கும் சாதனங்கள் மற்றும் பெரிய அளவிலான ஒருங்கிணைப்புகளில் முக்கியமானது, அங்கு ஆற்றல் திறன் நீண்ட பேட்டரி ஆயுள் மற்றும் வெப்ப சிக்கல்களைக் குறைக்கிறது.

மாறுதல் வேகம் மற்றும் அதிர்வெண் பதில்

BJTகளுடன் ஒப்பிடும்போது MOSFETகள் பொதுவாக வேகமான மாறுதல் வேகத்தை வழங்குகின்றன. அடிப்படைப் பகுதியில் சார்ஜ் சேமிப்பு இல்லாததால் (BJT களில் உள்ளதைப் போல) MOSFET களை விரைவாக இயக்க மற்றும் அணைக்க அனுமதிக்கிறது, இதனால் அவை உயர் அதிர்வெண் பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்றதாக அமைகிறது. மின்வழங்கல் மற்றும் அதிவேக டிஜிட்டல் சுற்றுகளை மாற்றுவதில் இந்த பண்பு குறிப்பாக பயனுள்ளதாக இருக்கும், அங்கு செயல்திறனுக்காக விரைவான மாற்றங்கள் அவசியம்.

வெப்ப செயல்திறன் மற்றும் நிலைப்புத்தன்மை

வெப்ப மேலாண்மை என்பது மின்னணு வடிவமைப்பின் முக்கியமான அம்சமாகும். MOSFET கள் நேர்மறையான வெப்பநிலை குணகத்தை வெளிப்படுத்துகின்றன, அதாவது வெப்பநிலையுடன் அவற்றின் எதிர்ப்பு அதிகரிக்கிறது. இந்த பண்பு சிறந்த வெப்ப நிலைத்தன்மை மற்றும் பல MOSFET களை வெப்ப ரன்அவேயின் ஆபத்து இல்லாமல் எளிதாக இணைப்பதற்கு அனுமதிக்கிறது, இது BJT களின் எதிர்மறை வெப்பநிலை குணகம் காரணமாக பொதுவான பிரச்சினையாகும்.

மேம்படுத்தப்பட்ட வெப்ப கடத்துத்திறன்

MOSFET களின் கட்டமைப்பு வடிவமைப்பு திறமையான வெப்பச் சிதறலை எளிதாக்குகிறது. அவற்றின் பிளானர் கட்டுமானம், வெப்பக் கடத்துத்திறனை மேம்படுத்தி, வெப்ப மூழ்கிகளுடன் தொடர்பில் இருக்கும் பெரிய மேற்பரப்புப் பகுதிகளை அனுமதிக்கிறது. சாதனத்தின் நம்பகத்தன்மை மற்றும் நீண்ட ஆயுளைப் பராமரிக்க திறமையான வெப்ப நீக்கம் அவசியமான உயர்-சக்தி பயன்பாடுகளில் இந்த அம்சம் இன்றியமையாதது.

குறைந்த வெப்ப சத்தம்

BJTகளுடன் ஒப்பிடும்போது MOSFETகள் இயல்பாகவே குறைந்த வெப்ப சத்தத்தை உருவாக்குகின்றன. இந்த பண்பு துல்லியமான அனலாக் சுற்றுகள் மற்றும் உயர் நம்பக ஆடியோ உபகரணங்கள் மற்றும் உணர்திறன் சமிக்ஞை செயலாக்க சாதனங்கள் போன்ற குறைந்த-இரைச்சல் பெருக்க பயன்பாடுகளுக்கு அவற்றைப் பொருத்தமானதாக ஆக்குகிறது.

ஐசிகளில் அளவிடுதல் மற்றும் ஒருங்கிணைப்பு

MOSFET களின் குறிப்பிடத்தக்க நன்மைகளில் ஒன்று அவற்றின் அளவிடுதலில் உள்ளது. அவை மிகச்சிறிய அளவீடுகளில் தயாரிக்கப்படலாம், இது உயர் அடர்த்தி ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகளுக்கு (ICs) அவசியம். ஒரு சிப்பில் மில்லியன் கணக்கான MOSFETகளை வைக்கும் திறன் நவீன நுண்செயலிகள் மற்றும் நினைவக சாதனங்களில் காணப்படும் சிக்கலான செயல்பாட்டை செயல்படுத்துகிறது.

CMOS தொழில்நுட்பத்துடன் இணக்கம்

N-channel மற்றும் P-channel MOSFETகள் இரண்டையும் பயன்படுத்தும் காம்ப்ளிமென்டரி MOS (CMOS) தொழில்நுட்பம், பெரும்பாலான டிஜிட்டல் லாஜிக் சர்க்யூட்களின் முதுகெலும்பாக அமைகிறது. CMOS சுற்றுகளின் குறைந்த மின் நுகர்வு மற்றும் அதிக இரைச்சல் நோய் எதிர்ப்பு சக்தி MOSFET களின் பண்புகளுக்கு நேரடியாகக் காரணமாகும். செமிகண்டக்டர் தொழில்நுட்பங்களின் பரிணாம வளர்ச்சியில் MOSFET கள் ஒருங்கிணைந்ததாக இருப்பதை இந்த இணக்கத்தன்மை உறுதி செய்கிறது.

ஃபேப்ரிகேஷன் நுட்பங்களில் முன்னேற்றங்கள்

நவீன புனைகதை நுட்பங்கள் MOSFET களின் செயல்திறனை மேலும் மேம்படுத்தியுள்ளன. FinFETகள் மற்றும் சிலிக்கான்-ஆன்-இன்சுலேட்டர் (SOI) தொழில்நுட்பங்கள் போன்ற கண்டுபிடிப்புகள் கசிவு நீரோட்டங்களைக் குறைக்கின்றன மற்றும் சேனல் உருவாக்கத்தின் மீதான கட்டுப்பாட்டை மேம்படுத்துகின்றன, இது வேகமான மற்றும் திறமையான சாதனங்களுக்கு வழிவகுக்கும். இந்த முன்னேற்றங்கள் புதிய தொழில்நுட்ப கோரிக்கைகளுக்கு ஏற்ப MOSFET கட்டமைப்புகளின் நெகிழ்வுத்தன்மையை அடிக்கோடிட்டுக் காட்டுகிறது.

பயன்பாடு-குறிப்பிட்ட நன்மைகள்

MOSFETகள் அவற்றின் தனித்துவமான குணாதிசயங்கள் காரணமாக பல்வேறு பயன்பாடுகளில் குறிப்பிட்ட நன்மைகளை வழங்குகின்றன. அதிக மின்னோட்ட சுமைகளைக் கையாளும் மற்றும் அதிக அதிர்வெண்களில் செயல்படும் அவற்றின் திறன் முறையே மின் மின்னணுவியல் மற்றும் RF பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்றதாக அமைகிறது.

பவர் எலக்ட்ரானிக் சிஸ்டம்ஸ்

பவர் எலக்ட்ரானிக்ஸில், அதிக அதிர்வெண்களில் அவற்றின் செயல்திறன் மற்றும் குறிப்பிடத்தக்க சக்தி நிலைகளைக் கையாளும் திறனுக்காக MOSFET கள் விரும்பப்படுகின்றன. அவை பொதுவாக இன்வெர்ட்டர்கள், மோட்டார் டிரைவர்கள் மற்றும் பவர் கன்வெர்ட்டர்களில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த அமைப்புகளில் MOSFET களின் பயன்பாடு மேம்பட்ட செயல்திறன், குறைக்கப்பட்ட அளவு மற்றும் மேம்பட்ட செயல்திறன் ஆகியவற்றில் விளைகிறது.

ரேடியோ அலைவரிசை (RF) பயன்பாடுகள்

MOSFETகள் RF பெருக்கிகளுக்கு அவற்றின் உயர் உள்ளீட்டு மின்மறுப்பு மற்றும் வேகமாக மாறுதல் திறன் காரணமாக மிகவும் பொருத்தமானவை. மொபைல் போன்கள் மற்றும் வயர்லெஸ் நெட்வொர்க்கிங் கருவிகள் போன்ற தகவல் தொடர்பு சாதனங்களில் உள்ள பயன்பாடுகள், அதிவேக தரவு பரிமாற்றம் மற்றும் வரவேற்பை அடைய இந்த பண்புகளை பயன்படுத்துகின்றன.

ஆயுள் மற்றும் நம்பகத்தன்மை

MOSFETகள் பல்வேறு இயக்க நிலைகளில் அவற்றின் வலிமைக்காக அறியப்படுகின்றன. மின்னழுத்த ஸ்பைக்குகள் மற்றும் அதிகப்படியான தற்போதைய நிலைமைகளைத் தாங்கும் திறன் மின்னணு அமைப்புகளின் நம்பகத்தன்மைக்கு பங்களிக்கிறது.

மேம்படுத்தப்பட்ட முறிவு மின்னழுத்தம்

MOSFET கள் உயர் முறிவு மின்னழுத்தங்களைக் கொண்டு வடிவமைக்கப்படலாம், மின்னழுத்த நிலைமாற்றங்கள் கவலையளிக்கும் பயன்பாடுகளுக்கு அவை பொருத்தமானதாக இருக்கும். மின் சத்தம் குறிப்பிடத்தக்கதாக இருக்கும் வாகன மற்றும் தொழில்துறை சூழல்களில் இந்த பண்பு குறிப்பாக முக்கியமானது.

செயல்பாட்டு வாழ்க்கையில் நீண்ட ஆயுள்

MOSFET களின் திட-நிலை இயல்பு, நகரும் பாகங்கள் அல்லது பிற கூறுகளில் இருக்கும் சிதைவு வழிமுறைகள் இல்லாதது, நீண்ட செயல்பாட்டு ஆயுளை உறுதி செய்கிறது. இந்த ஆயுட்காலம் நீண்ட கால பயன்பாடுகளில் பராமரிப்பு மற்றும் மாற்று செலவுகளை குறைக்கிறது.

உற்பத்தியில் செலவு-செயல்திறன்

MOSFETகளுக்கான புனையமைப்பு செயல்முறைகள் பல தசாப்தங்களாக மேம்படுத்தப்பட்டுள்ளன, இதன் விளைவாக குறைந்த உற்பத்தி செலவுகள் ஏற்படுகின்றன. அவற்றின் அளவிடுதல் மற்றும் சிலிக்கான் செதில்களில் அடர்த்தியாக ஒருங்கிணைக்கும் திறன் ஆகியவை வெகுஜன உற்பத்தியில் செலவு சேமிப்புக்கு பங்களிக்கின்றன.

அளவிலான பொருளாதாரங்கள்

மின்னணு சாதனங்களுக்கான தேவை அதிகரித்துள்ளதால், MOSFET களின் பெரிய அளவிலான உற்பத்தியானது, அளவிலான பொருளாதாரங்களுக்கு வழிவகுத்தது. இந்த காரணி MOSFET களின் யூனிட் செலவைக் குறைக்கிறது, இது நுகர்வோர் மின்னணுவியல் மற்றும் பெரிய தொழில்துறை பயன்பாடுகளுக்கு மிகவும் மலிவு.

சர்க்யூட் வடிவமைப்பை எளிமைப்படுத்துதல்

MOSFET களின் பண்புகள் குறைவான கூறுகளுடன் எளிமையான சுற்று வடிவமைப்புகளை அனுமதிக்கின்றன. இந்த எளிமைப்படுத்தல் பொருள் செலவுகள் மற்றும் சட்டசபை நேரத்தை குறைக்கிறது. கூடுதலாக, MOSFET களின் மின்னழுத்தத்தால் இயக்கப்படும் தன்மை BJT களுக்குத் தேவைப்படும் கூடுதல் இயக்கி சுற்றுகளின் தேவையை நீக்குகிறது.

சுற்றுச்சூழல் கருத்தாய்வுகள்

தற்போதைய காலகட்டத்தில், தொழில்நுட்ப வளர்ச்சியில் சுற்றுச்சூழல் பாதிப்பு ஒரு முக்கிய காரணியாக உள்ளது. MOSFETகள் தங்கள் ஆற்றல் திறன் மற்றும் குறைக்கப்பட்ட பொருள் பயன்பாடு மூலம் இந்த அம்சத்திற்கு சாதகமாக பங்களிக்கின்றன.

ஆற்றல் திறன்

MOSFETகளைப் பயன்படுத்தும் சாதனங்களில் குறைந்த மின் நுகர்வு ஆற்றல் தேவையை குறைக்க வழிவகுக்கிறது. தரவு மையங்கள், நுகர்வோர் மின்னணுவியல் மற்றும் தொழில்துறை உபகரணங்களின் சுற்றுச்சூழல் பாதிப்பைக் குறைப்பதில் இந்தத் திறன் அவசியம்.

மின்னணு கழிவுகளை குறைத்தல்

MOSFET களின் ஆயுள் மற்றும் ஆயுள் நீண்ட சாதன ஆயுளுக்கு பங்களிக்கிறது, இதனால் மின்னணு கழிவுகளை குறைக்கிறது. மேலும், MOSFET களுடன் சிறியமயமாக்கல் நோக்கிய போக்கு, பொருள் பயன்பாட்டைக் குறைக்கிறது, நிலைத்தன்மை இலக்குகளுடன் சீரமைக்கிறது.

முடிவுரை

பாரம்பரிய டிரான்சிஸ்டர்களை விட MOSFET களுக்கான விருப்பம் அவற்றின் சிறந்த செயல்திறன், செயல்திறன் மற்றும் நவீன மின்னணு தேவைகளுக்கு ஏற்றவாறு வேரூன்றியுள்ளது. அவற்றின் மின்னழுத்த-கட்டுப்படுத்தப்பட்ட செயல்பாடு, அளவிடுதல் மற்றும் மேம்பட்ட புனையமைப்பு தொழில்நுட்பங்களுடன் இணக்கத்தன்மை ஆகியவை சமகால சுற்று வடிவமைப்பில் அவற்றை இன்றியமையாததாக ஆக்குகின்றன. எலக்ட்ரானிக்ஸ் தொழில் அதிக செயல்திறன் மற்றும் ஒருங்கிணைப்பை நோக்கி தொடர்ந்து முன்னேறி வருவதால், பங்கு MOSFET சாதனங்கள், பல்வேறு தொழில்நுட்ப களங்களில் புதுமைகளை உருவாக்கி, இன்னும் அதிக முக்கியத்துவம் பெறும்.