মসফেট

মেটাল অক্সাইড সেমিকন্ডাক্টর ফিল্ড-ইফেক্ট ট্রানজিস্টরের (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) অপর নাম মসফেট (MOSFET)। এটি একটি বিশেষ ধরনের ফিল্ড ইফেক্ট ট্রানজিস্টর। মসফেটের সাধারণত তিনটি সংযোগ প্রান্ত থাকে। এগুলো হল সোর্স বা উৎস, ড্রেন বা নিঃসরন এবং সবচে গুরুত্বপূর্ণ গেট বা নিয়ন্ত্রক। মসফেটের নামের বিশেষ তাৎপর্য রয়েছে এর গাঠনিক বৈশিষ্ট্য এবং কার্যপ্রক্রিয়ার সাথে। মসফেটের সবচাইতে গুরুত্বপূর্ণ অংশ গেট তৈরি হয় ধাতু , অক্সাইড ও অর্ধ-পরিবাহীর সমন্বয়ে। মেটাল বা ধাতু শব্দটি সংযুক্ত হয়েছে কারণ, প্রাচীনকালের ইলেকট্রনিক চিপে সাধারণত নিয়ন্ত্রক (গেট) হিসেবে ধাতু ব্যবহৃত হতো, যদিও বর্তমানে বিশেষ ধরনের সিলিকন এক্ষেত্রে ব্যবহৃত হয়। অবশ্য বর্তমানেও এই নামের তাৎপর্য রয়েছে। নিয়ন্ত্রকের (গেটের) মূল অংশটি তৈরি হয় অর্ধ-পরিবাহী দিয়ে, এর উপর থাকে পাতলা অক্সাইডের স্তর (সাধারণত সিলিকন ডাই অক্সাইড) আর তার উপরে ধাতু বা অন্য কোন তড়িৎ সুপরিবাহী পদার্থ। নিয়ন্ত্রকের (গেটের) দু'পাশে থাকে নিঃসরক আর উৎস যা নিয়ন্ত্রকের অর্ধ-পরিবাহী অঞ্চল দিয়ে পরস্পর থেকে বিচ্ছিন্ন থাকে। নিয়ন্ত্রকের ধাতব অংশে বিভব পার্থক্য সৃষ্টি করলে ঐ অর্ধ-পরিবাহীতে থাকা চার্জ বাহক গুলো নিয়ন্ত্রকের ধাতব অংশের নিচে এসে জমা হয় এবং উৎস ও নিঃসরকের মাঝে একটি তড়িৎ সুপরিবাহী পথ তৈরি করে। যেহেতু তড়িৎ ক্ষেত্র সৃষ্টির কারণে এ পরিবর্তন ঘটে, সেহেতু দেখা যাচ্ছে মসফেট নামটি খুবই যুক্তিসঙ্গত। মসফেটে গেট সরাসরি অর্ধপরিবাহীর সাথে সংযুক্ত থাকেনা, কারণ এদের মাঝে সিলিকন ডাই অক্সাইডের বাঁধা থাকে। এই অন্তরককে নির্দেশ করার জন্য মসফেটের আরেক নাম দেয়া হয়েছে ইনসুলেটেড-গেট ফেট বা আইজিফেট; অবশ্য ইলেকট্রনিক কার্যবিবরণী বা অধ্যয়নে এই নামটি খুব একটা ব্যবহৃত হয়না। মসফেটে ব্যবহৃত অর্ধ-পরিবাহী এন (n) অথবা পি (p) এই দুই ধরনের হতে পারে। কি ধরনের অর্ধ-পরিবাহী ব্যবহৃত হচ্ছে তার উপর নির্ভক করে, নিয়ন্ত্রকে কি ধরনের ( ধনাত্মক/ ঋণাত্মক) বিভব পার্থক্য ব্যবহার করতে হবে। এদেরকে যথাক্রমে এন-মসফেট (n-MOSFET) ও পি-মসফেট (p-MOSFET) বা সংক্ষেপে এনমস (nMOS) ও পিমস (pMOS) বলা হয়ে থাকে।
মসফেটের নিয়ন্ত্রকে প্রয়োগকৃত বিভব পার্থক্য, formula_1, উৎস এবং নিঃসরকের মধ্যে তড়িৎ প্রবাহকে নিয়ন্ত্রণ করে। এই তড়িৎ ড্রেন থেকে সোর্সের দিকে আড়াআড়ি পথে গমন করে, এবং এই পথ কে বলা হয় চ্যানেল। চ্যানেলের দৈর্ঘ্য ( L ) এবং প্রস্থ ( W ) - দুটিই মসফেটের খুব গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্য নিয়ন্ত্রক। সাধারণত দৈর্ঘ্য হয়ে থাকে, ০.১ মাইক্রোমিটার থেকে ৩ মাইক্রোমিটারের মধ্যে আর প্রস্থ ০.২ মাইক্রোমিটার থেকে ১০০ মাইক্রোমিটারের মধ্যে। মসফেটের দৈর্ঘ্য এবং প্রস্থের অনুপাতকে formula_2 বলা হয়ে থাকে "অ্যাসপেক্ট রেশিও" বা "আকৃতি অনুপাত"। " মসফেট একটি প্রতিসম যন্ত্র অর্থাৎ এর সোর্স এবং ড্রেন কে নিজেদের মধ্যে অদল বদল করা যায়, যন্ত্রাংশের কোনপ্রকার বৈশিষ্ট্যগত পরিবর্তন ছাড়াই।
গেটে যদি কোন প্রকার বিভব পার্থক্য প্রয়োগ না করা হয়, তবে দুইটি ব্যাক-টু-ব্যাক ডায়োড তৈরি হবে ড্রেন এবং সোর্সের মধ্যে।একটি ডায়োড হচ্ছে পি টাইপ সাবস্ট্রেট এবং এন টাইপ সোর্স এর দ্বারা এবং অপরটি হচ্ছে পি টাইপ সাবস্ট্রেট এবং এন টাইপ ড্রেনের দ্বারা তৈরি ডায়োড।এই ব্যাক-টু-ব্যাক ডায়োড দুইটি ড্রেন থেকে সোর্সের মধ্যে বিভব পার্থক্য ( V )প্রদান করা হলেও, চ্যানেলে তড়িৎ প্রবাহতে বাঁধা দান করে। এ সময় চ্যানেলের রোধ অনেক বেশি থাকে যা প্রায় ১০ ওহম ক্রমের।
চিত্রে একটি পিমসের উদাহরণ দেয়া হলেও এটা সত্যি যে, একেবারে সাধারণ মসের গঠন আরও সহজ। সবার উপরে ধাতু, তার নিচে সিলিকন ডাই অক্সাইড এবং সবার নিচে সিলিকন বা অন্য যেকোন অর্ধপরিবাহী যোগ করলেই একটি মসফেট তৈরি হয়ে যায়। উল্লেখ্য এই সাধারণতম মসফেটের সাথে ধারকের (ক্যাপাসিটর) বিশেষ মিল রয়েছে। একমাত্র পার্থক্য হচ্ছে সমতল প্লেট ধারকে সবার নিচের স্তরটিও ধাতু দিয়ে তৈরি হয়, সিলিকন ডাই অক্সাইডের দুই পাশে ধাতু বসিয়ে দিলেই ধারক তৈরি হয়ে যায়, যেখানে অক্সাইডটি ডাইইলেকট্রিক হিসেবে কাজ করে।
গঠনের এতো মিলের কারণে কেবল নয়, কাজের দিক দিয়েও মসফেটের সাথে ধারকের রয়েছে অনেক মিল। এজন্য জংশন মসফেটকে প্রায়শই মস ধারক বা মস ক্যাপাসিটর বলে ডাকা হয়। কার্যপ্রণালীর দিক দিয়েও তাদের মিল উল্লেখযোগ্য। পাশের চিত্র থেকেই তা বোঝা যাচ্ছে। চিত্রটিতে formula_4 হচ্ছে একটি আদর্শ ধারকের ধারকত্ব, যার সাপেক্ষে মস ধারকের ধারকত্ব নরমালাইজেশন করা হয়েছে। দেখা যাচ্ছে ফ্ল্যাট ব্যান্ড ভোল্টেজ পর্যন্ত দুয়ের ধারকত্ব একেবারে সমান, এই ভোল্টেজের পর মস ধারকের ধারকত্ব কমতে থাকে এবং থ্রেশল্ড ভোল্টেজের পর তা সর্বনিম্নে পৌছায়। এর পর ভোল্টেজ বাড়াতে থাকলেও ধারকত্বের কোন পরিবর্তন ঘটে না।