반도체 물성 및 소자 2 - 1. MOSFET 기본 동작

• MOSFET : Metal - Oxide - Semiconductor Field Effect Transistor

MOSFET의 기본 구조

PN 접합 시 밴드 다이어그램

N형 MOSFET

 

- N channel MOSFET의 경우 : 평형상태에선 source에서 drain으로의 에너지 포텐셜 장벽이 존재하기 때문에 drain에서 source로의 전류가 흐르지 않는다. Gate에 (+) 전압이 가해진 경우, channel영역의 에너지 포텐셜 장벽은 내려가게 되고 이에 gate 아래쪽 SI에 (-) 전하들이 유도되며 channel이 형성된다. 이 Channel을 통해 drain에서 source로 전류가 흐른다.

 

• MOSFET의 동작영역

MOSFET의 Id-Vd 특성

 

- MOSFET은 Vd에 따라 동작영역이 나뉜다고 할 수 있다. 먼저, Gate 전압인 Vg가 채널을 유도하는데 필요한 최소한의 gate 전압인 Vt (threshold voltage)를 넘기면, channel이 형성된다. 이 때,

1. Vd < Vg - Vt 인 경우 : linear 영역이며 Vd가 증가할수록 Id가 선형적으로 증가한다.

2. Vd >= Vg - Vt 인 경우 : saturation 영역이며 Vd와 무관하게 일정한 전류가 흐른다.

 

Channel Pinch - off

 

- Vg가 증가할수록 채널에 더 많은 전하가 유도되어 채널은 더 큰 전도도들 가지게 된다. 작은 크기의 Vd가 가해질 때, source 쪽과 drain 쪽의 채널에 비슷한 양의 전하가 채널을 형성한다. Vd가 점점 커져 Vd = Vg - Vt가 되면, drain 쪽의 Vt는 겨우 유지되어 채널에 Pinch - off가 발생한다. Pinch - off가 발생하고도 Vd가 더 증가하게 되면 Pinch - off 지점은 source 쪽으로 더 이동하게 된다.