ट्रांज़िस्टर कैसे काम करता है

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1 / 8 बीच से कटा एक ट्रांज़िस्टरयह एक n-चैनल MOSFET है, बीच से कटा हुआ और असली आकार से लाखों गुना बड़ा बनाया गया। n-टाइप सिलिकॉन के दो नीले हिस्से, सोर्स और ड्रेन, p-टाइप सबस्ट्रेट में बैठे हैं। गेट पर 0 V और ड्रेन पर 2 V होने पर मीटर शून्य दिखाता है।

घुमाने के लिए खींचें। ज़ूम के लिए स्क्रॉल करें या दो उँगलियों से फैलाएँ।

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बीच से कटा एक ट्रांज़िस्टर
यह एक n-चैनल MOSFET है, बीच से कटा हुआ और असली आकार से लाखों गुना बड़ा बनाया गया। n-टाइप सिलिकॉन के दो नीले हिस्से, सोर्स और ड्रेन, p-टाइप सबस्ट्रेट में बैठे हैं। गेट पर 0 V और ड्रेन पर 2 V होने पर मीटर शून्य दिखाता है।
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कुछ बाहरी परमाणुओं वाला सिलिकॉन
शुद्ध सिलिकॉन ठीक से चालन नहीं करता, क्योंकि हर बाहरी इलेक्ट्रॉन किसी बंध में बँधा है। एक फ़ॉस्फ़ोरस परमाणु डालें तो उसका पाँचवाँ इलेक्ट्रॉन आज़ाद घूमने लगता है; यही n-टाइप सिलिकॉन है। बोरॉन के पास सिर्फ़ तीन होते हैं, इसलिए एक बंध में एक इलेक्ट्रॉन कम रह जाता है। यह ख़ाली जगह, होल, एक बंध से दूसरे बंध पर कूदती है।
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गेट होलों को दूर धकेलता है
0.5 V पर गेट पर थोड़ा धनात्मक आवेश है। वह सिलिकॉन को छू नहीं सकता, बीच में 10 nm ऑक्साइड है, पर उसका क्षेत्र आर-पार पहुँचकर होलों को नीचे धकेल देता है। सतह के पास स्थिर ऋणात्मक बोरॉन आयन रह जाते हैं: यही ह्रासी क्षेत्र है।
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थ्रेशोल्ड के पार चैनल बनता है
0.7 V थ्रेशोल्ड से ऊपर क्षेत्र इतने इलेक्ट्रॉन सतह पर खींच लेता है कि सतह n-टाइप बन जाती है। यह पतली व्युत्क्रम परत सोर्स को ड्रेन से जोड़ देती है। 1.2 V पर चैनल में लगभग 72,000 इलेक्ट्रॉन होते हैं और मीटर 0.22 mA दिखाता है।
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थोड़ा ज़्यादा गेट, बहुत ज़्यादा करंट
वर्ग नियम वाले मॉडल में करंट थ्रेशोल्ड से ऊपर के वोल्टेज के वर्ग के साथ बढ़ता है। 2.5 V पर यह 2.8 mA तक पहुँचता है। ड्रेन सिर्फ़ 2 V पर है, इसलिए चैनल ड्रेन की ओर पतला होकर उसके सिरे पर पिंच-ऑफ़ हो जाता है, और अब ड्रेन वोल्टेज बढ़ाने से ज़्यादा फ़र्क़ नहीं पड़ता।
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दो ट्रांज़िस्टर से स्विच
दाईं ओर का बोर्ड n-चैनल ट्रांज़िस्टर के ऊपर p-चैनल ट्रांज़िस्टर रखता है। इनपुट 3.3 V हो तो nMOS चालन करता है और आउटपुट को 0 V पर खींच लेता है, इसलिए LED बुझ जाती है। इन्वर्टर इनपुट का स्लाइडर नीचे करें तो pMOS काम सँभाल लेता है। दोनों छोरों पर एक ट्रांज़िस्टर बंद रहता है, इसलिए लगभग कोई करंट नहीं बहता।
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छोटी हलचल बड़ी बन जाती है
अब गेट 1.2 V के दोनों ओर 50 mV डोलता है। करंट गेट के हर वोल्ट के बदलाव पर 0.86 mA के हिसाब से साथ चलता है। 10 kΩ के प्रतिरोधक से गुज़ारने पर करंट का यह बदलाव आउटपुट को इनपुट से 8.6 गुना ज़्यादा हिलाता है। यही प्रवर्धन है।
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एक से सोलह सौ करोड़ तक
सामने की चिप Apple के M1 का प्रतीक है, जिसमें Apple के अनुसार 1,600 करोड़ ट्रांज़िस्टर हैं; एक सेकंड में एक गिनें तो 507 साल लगेंगे। बगल में पहले ट्रांज़िस्टर की प्रतिकृति है, वह पॉइंट-कॉन्टैक्ट उपकरण जिसे बार्डीन और ब्रैटेन ने दिसंबर 1947 में बेल लैब्स में चालू किया था।

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