MOSFET کا جائزہ

پاور MOSFET کو جنکشن کی قسم اور موصل گیٹ کی قسم میں بھی تقسیم کیا گیا ہے، لیکن عام طور پر بنیادی طور پر موصل گیٹ کی قسم MOSFET (میٹل آکسائیڈ سیمی کنڈکٹر FET) سے مراد ہے، جسے پاور MOSFET (پاور MOSFET) کہا جاتا ہے۔ جنکشن ٹائپ پاور فیلڈ ایفیکٹ ٹرانزسٹر کو عام طور پر الیکٹرو اسٹیٹک انڈکشن ٹرانزسٹر (سٹیٹک انڈکشن ٹرانزسٹر - ایس آئی ٹی) کہا جاتا ہے۔ یہ ڈرین کرنٹ کو کنٹرول کرنے کے لیے گیٹ وولٹیج کی خصوصیت رکھتا ہے، ڈرائیو سرکٹ آسان ہے، تھوڑی ڈرائیو پاور، تیز سوئچنگ اسپیڈ، ہائی آپریٹنگ فریکوئنسی، تھرمل استحکام کی ضرورت ہوتی ہے۔جی ٹی آر، لیکن اس کی موجودہ صلاحیت چھوٹی ہے، کم وولٹیج، عام طور پر صرف 10kW سے زیادہ پاور الیکٹرانک آلات پر لاگو ہوتی ہے۔

1. پاور MOSFET ڈھانچہ اور آپریٹنگ اصول

پاور MOSFET اقسام: conductive چینل کے مطابق P-چینل اور N-چینل میں تقسیم کیا جا سکتا ہے. گیٹ وولٹیج کے طول و عرض کے مطابق تقسیم کیا جا سکتا ہے؛ کمی کی قسم؛ جب گیٹ وولٹیج صفر ہوتا ہے جب ایک کنڈکٹنگ چینل کے وجود کے درمیان ڈرین سورس پول کو بڑھایا جاتا ہے۔ N (P) چینل ڈیوائس کے لیے، کنڈکٹنگ چینل کے وجود سے پہلے گیٹ وولٹیج صفر سے زیادہ (کم سے کم) ہے، پاور MOSFET بنیادی طور پر N-چینل بڑھا ہوا ہے۔

1.1 پاورMOSFETساخت　　

پاور MOSFET اندرونی ساخت اور برقی علامات؛ اس کا کنڈکشن صرف ایک قطبی کیریئر (پولیس) کنڈکٹیو میں شامل ہے، ایک یونی پولر ٹرانجسٹر ہے۔ چلانے کا طریقہ کار کم طاقت والے MOSFET جیسا ہی ہے، لیکن ساخت میں بڑا فرق ہے، کم طاقت والا MOSFET ایک افقی ترسیلی آلہ ہے، طاقت MOSFET زیادہ تر عمودی conductive ڈھانچہ ہے، جسے VMOSFET (عمودی MOSFET) بھی کہا جاتا ہے۔ ، جو MOSFET ڈیوائس وولٹیج اور کرنٹ کو برداشت کرنے کی صلاحیت کو بہت بہتر بناتا ہے۔

عمودی conductive ڈھانچے میں اختلافات کے مطابق، لیکن VVMOSFET کی عمودی چالکتا کو حاصل کرنے کے لئے V کے سائز کی نالی کے استعمال میں بھی تقسیم کیا گیا ہے اور VDMOSFET کی عمودی conductive ڈبل ڈفیوزڈ MOSFET ڈھانچہ ہے (عمودی ڈبل ڈفیوزڈMOSFET)، اس مقالے کو بنیادی طور پر VDMOS آلات کی ایک مثال کے طور پر زیر بحث لایا گیا ہے۔

متعدد مربوط ڈھانچے کے لیے پاور MOSFETs، جیسے ہیکساگونل یونٹ کا استعمال کرتے ہوئے انٹرنیشنل ریکٹیفائر (انٹرنیشنل ریکٹیفائر) HEXFET؛ سیمنز (سیمنز) ایک مربع یونٹ کا استعمال کرتے ہوئے SIMPOSFET؛ Motorola (Motorola) TMOS "پن" شکل کے انتظام کے ذریعہ مستطیل یونٹ کا استعمال کرتے ہوئے۔

1.2 پاور MOSFET آپریشن کا اصول

کٹ آف: ڈرین سورس پولز کے علاوہ مثبت پاور سپلائی کے درمیان، وولٹیج کے درمیان گیٹ سورس پولز صفر ہے۔ پی بیس ریجن اور N ڈرفٹ ریجن PN جنکشن J1 ریورس بائیس کے درمیان تشکیل پاتے ہیں، ڈرین سورس پولز کے درمیان کوئی کرنٹ بہاؤ نہیں ہے۔

چالکتا: گیٹ سورس ٹرمینلز کے درمیان لاگو مثبت وولٹیج UGS کے ساتھ، گیٹ کو موصل کیا جاتا ہے، اس لیے کوئی گیٹ کرنٹ نہیں بہاتا۔ تاہم، گیٹ کا مثبت وولٹیج اس کے نیچے P-علاقے کے سوراخوں کو دور کر دے گا، اور P-علاقے میں موجود oligons-الیکٹرانوں کو گیٹ کے نیچے P-علاقے کی سطح کی طرف متوجہ کرے گا جب UGS UT (ٹرن آن وولٹیج یا تھریشولڈ وولٹیج)، گیٹ کے نیچے P-علاقے کی سطح پر الیکٹرانوں کا ارتکاز اس سے زیادہ ہوگا سوراخوں کا ارتکاز، تاکہ P-قسم کا سیمی کنڈکٹر ایک N-ٹائپ میں الٹ جائے اور ایک الٹی پرت بن جائے، اور الٹی پرت N-چینل بناتی ہے اور PN جنکشن J1 کو غائب، نالی اور ذریعہ کنڈکٹیو بناتی ہے۔

1.3 پاور MOSFETs کی بنیادی خصوصیات

1.3.1 جامد خصوصیات۔

ڈرین کرنٹ ID اور گیٹ سورس کے درمیان وولٹیج UGS کے درمیان تعلق کو MOSFET کی منتقلی کی خصوصیت کہا جاتا ہے، ID بڑی ہے، ID اور UGS کے درمیان تعلق تقریباً لکیری ہے، اور وکر کی ڈھلوان کو ٹرانس کنڈکٹنس Gfs کے طور پر بیان کیا گیا ہے۔ .

MOSFET کی ڈرین وولٹ ایمپیئر کی خصوصیات (آؤٹ پٹ خصوصیات): کٹ آف ریجن (جی ٹی آر کے کٹ آف ریجن کے مطابق)؛ سنترپتی علاقہ (جی ٹی آر کے ایمپلیفیکیشن ریجن کے مطابق)؛ غیر سنترپتی خطہ (جی ٹی آر کے سنترپتی خطے کے مطابق)۔ پاور MOSFET سوئچنگ حالت میں کام کرتی ہے، یعنی یہ کٹ آف ریجن اور نان سیچوریشن ریجن کے درمیان آگے پیچھے سوئچ کرتی ہے۔ پاور MOSFET میں ڈرین سورس ٹرمینلز کے درمیان ایک طفیلی ڈایڈڈ ہوتا ہے، اور جب ڈرین سورس ٹرمینلز کے درمیان ریورس وولٹیج لگائی جاتی ہے تو ڈیوائس چلتی ہے۔ پاور MOSFET کی آن سٹیٹ ریزسٹنس میں مثبت درجہ حرارت کا گتانک ہوتا ہے، جو کرنٹ کو برابر کرنے کے لیے سازگار ہوتا ہے جب آلات متوازی طور پر منسلک ہوتے ہیں۔

1.3.2 متحرک خصوصیات؛

اس کے ٹیسٹ سرکٹ اور سوئچنگ عمل waveforms.

ٹرن آن عمل؛ ٹرن آن میں تاخیر کا وقت td(on) - سامنے کے لمحے اور اس لمحے کے درمیان کا دورانیہ جب uGS = UT اور iD ظاہر ہونا شروع ہوتا ہے۔ بڑھنے کا وقت tr- وقت کی مدت جب uGS uT سے گیٹ وولٹیج UGSP کی طرف بڑھتا ہے جس پر MOSFET غیر سیر شدہ خطے میں داخل ہوتا ہے۔ iD کی مستحکم حالت کی قدر کا تعین ڈرین سپلائی وولٹیج، UE اور ڈرین سے ہوتا ہے UGSP کی شدت کا تعلق iD کی مستحکم حالت سے ہے۔ UGS کے UGSP تک پہنچنے کے بعد، یہ اس وقت تک بڑھتا رہتا ہے جب تک کہ یہ مستحکم حالت تک نہ پہنچ جائے، لیکن iD میں کوئی تبدیلی نہیں ہوتی۔ ٹرن آن ٹائم ٹن-ٹرن آن تاخیر کے وقت اور عروج کے وقت کا مجموعہ۔

آف ڈیلے ٹائم ٹی ڈی (آف) - وہ وقت کی مدت جب آئی ڈی ٹائم اپ سے صفر تک کم ہونا شروع ہو جاتی ہے، Cin کو Rs اور RG کے ذریعے ڈسچارج کیا جاتا ہے، اور uGS ایک exponential curve کے مطابق UGSP میں آتا ہے۔

گرنے کا وقت tf- وقت کی مدت جب سے یو جی ایس یو جی ایس پی اور آئی ڈی سے گرتا رہتا ہے جب تک کہ چینل uGS < UT پر غائب نہ ہو جائے اور ID صفر پر گر جائے۔ ٹرن آف ٹائم ٹوف- ٹرن آف تاخیر کے وقت اور زوال کے وقت کا مجموعہ۔

1.3.3 MOSFET سوئچنگ کی رفتار۔

MOSFET سوئچنگ اسپیڈ اور Cin چارجنگ اور ڈسچارجنگ کا آپس میں بہت اچھا تعلق ہے، صارف Cin کو کم نہیں کر سکتا، لیکن ڈرائیونگ سرکٹ کی اندرونی مزاحمت روپے کو کم کر سکتا ہے تاکہ وقت کو مستقل کم کیا جا سکے، سوئچنگ کی رفتار کو تیز کیا جا سکے، MOSFET صرف پولی ٹرانک چالکتا پر انحصار کرتا ہے، کوئی oligotronic سٹوریج اثر نہیں ہے، اور اس طرح بند کرنے کا عمل بہت تیز ہے، سوئچنگ کا وقت 10-100ns، آپریٹنگ فریکوئنسی 100kHz یا اس سے زیادہ ہو سکتی ہے، مین پاور الیکٹرانک آلات میں سب سے زیادہ ہے۔

فیلڈ کنٹرولڈ ڈیوائسز کو باقی وقت میں تقریباً کسی ان پٹ کرنٹ کی ضرورت نہیں ہوتی ہے۔ تاہم، سوئچنگ کے عمل کے دوران، ان پٹ کیپسیٹر کو چارج اور ڈسچارج کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، جس کے لیے ابھی بھی ایک خاص مقدار میں ڈرائیونگ پاور کی ضرورت ہوتی ہے۔ سوئچنگ فریکوئنسی جتنی زیادہ ہوگی، ڈرائیو پاور کی ضرورت اتنی ہی زیادہ ہوگی۔

1.4 متحرک کارکردگی میں بہتری

ڈیوائس کی درخواست کے علاوہ ڈیوائس وولٹیج، موجودہ، فریکوئنسی پر غور کرنے کے لئے، لیکن یہ بھی آلہ کی حفاظت کے لئے کس طرح کی درخواست میں مہارت حاصل کرنا ضروری ہے، نقصان میں عارضی تبدیلیوں میں آلہ بنانے کے لئے نہیں. بلاشبہ تھائیرسٹر دو دو قطبی ٹرانجسٹروں کا مجموعہ ہے، جس میں بڑے رقبے کی وجہ سے بڑی گنجائش ہوتی ہے، اس لیے اس کی dv/dt صلاحیت زیادہ کمزور ہے۔ di/dt کے لیے اس میں ایک توسیعی ترسیل کے علاقے کا مسئلہ بھی ہے، اس لیے یہ کافی سخت حدود بھی عائد کرتا ہے۔

پاور MOSFET کا معاملہ بالکل مختلف ہے۔ اس کی dv/dt اور di/dt صلاحیت کا تخمینہ اکثر فی نینو سیکنڈ (بلکہ فی مائیکرو سیکنڈ کے بجائے) صلاحیت کے لحاظ سے لگایا جاتا ہے۔ لیکن اس کے باوجود، اس میں متحرک کارکردگی کی حدود ہیں۔ ان کو پاور MOSFET کے بنیادی ڈھانچے کے لحاظ سے سمجھا جا سکتا ہے۔

پاور MOSFET کی ساخت اور اس سے متعلقہ مساوی سرکٹ۔ ڈیوائس کے تقریباً ہر حصے میں گنجائش کے علاوہ، اس بات پر بھی غور کیا جانا چاہیے کہ MOSFET میں متوازی طور پر ایک ڈایڈڈ جڑا ہوا ہے۔ ایک خاص نقطہ نظر سے، ایک طفیلی ٹرانجسٹر بھی ہے. (جس طرح ایک آئی جی بی ٹی میں بھی پرجیوی تھریسٹر ہوتا ہے)۔ یہ MOSFETs کے متحرک رویے کے مطالعہ میں اہم عوامل ہیں۔

سب سے پہلے MOSFET ڈھانچے سے منسلک اندرونی ڈایڈڈ میں برفانی تودے کی کچھ صلاحیت ہوتی ہے۔ یہ عام طور پر واحد برفانی تودے کی صلاحیت اور بار بار برفانی تودے کی صلاحیت کے لحاظ سے ظاہر ہوتا ہے۔ جب ریورس di/dt بڑا ہوتا ہے، تو ڈایڈڈ کو بہت تیز رفتار پلس اسپائک کا نشانہ بنایا جاتا ہے، جس میں برفانی تودے کے علاقے میں داخل ہونے کی صلاحیت ہوتی ہے اور ایک بار جب برفانی تودے کی صلاحیت سے تجاوز کر جاتا ہے تو آلہ کو ممکنہ طور پر نقصان پہنچا سکتا ہے۔ کسی بھی پی این جنکشن ڈائیوڈ کی طرح، اس کی متحرک خصوصیات کی جانچ کرنا کافی پیچیدہ ہے۔ وہ PN جنکشن کے سادہ تصور سے بہت مختلف ہیں جو آگے کی سمت میں چلتے ہیں اور الٹی سمت میں بلاک کرتے ہیں۔ جب کرنٹ تیزی سے گرتا ہے، تو ڈایڈڈ ایک مدت کے لیے اپنی ریورس بلاک کرنے کی صلاحیت کھو دیتا ہے جسے ریورس ریکوری ٹائم کہا جاتا ہے۔ ایک ایسا وقت بھی آتا ہے جب PN جنکشن کو تیزی سے کام کرنے کی ضرورت ہوتی ہے اور یہ بہت کم مزاحمت نہیں دکھاتا ہے۔ ایک بار پاور MOSFET میں ڈائیوڈ میں فارورڈ انجیکشن لگنے کے بعد، انجکشن لگائے گئے اقلیتی کیریئرز MOSFET کی ایک ملٹی ٹرانک ڈیوائس کے طور پر پیچیدگی میں اضافہ کرتے ہیں۔

عارضی حالات کا لائن کے حالات سے گہرا تعلق ہے، اور درخواست میں اس پہلو پر کافی توجہ دی جانی چاہیے۔ متعلقہ مسائل کی تفہیم اور تجزیہ میں سہولت فراہم کرنے کے لیے آلہ کا گہرائی سے علم ہونا ضروری ہے۔