10 주차 2 강 . MOSFET 의특성 양주란교수

양주란 교수

10주차 2강. MOSFET의 특성

학습내용

학습목표

1.MOSFET의 이해

2.MOSFET의 동작 특성

1.MOSFET의 구조적 특징에 대해 설명할 수 있다.

2.MOSFET 중 증가형 MOSFET의 동작 특성을 설명할 수 있다.



• 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터

• pn 접합 구조가 아님

• MOSFET의 게이트는 산화실리콘(Sio₂) 층에 의해 채널과 격리

1. MOSFET의 이해(1)

- 채널이 형성되지 않음 공핍형

(depletion MOSFET

; D-MOSFET)

증가형

(enhancement MOSFET

; E-MOSFET)



1. MOSFET의 이해(2)

n-채널 p-채널

Drain

Gate

Source SiO₂

n

Channel

n P

substrate

Drain

Gate

Source SiO₂

p

Channel

p n

substrate



1. MOSFET의 이해(3)

n-채널 p-채널

Drain

Gate

Source

Drain

Gate



2. MOSFET의 동작 특성(1)

공핍형 증가형

𝐕𝐕_{𝐆𝐆𝐆𝐆}

𝒏𝒏

𝒏𝒏 𝑷𝑷

𝑹𝑹_𝑫𝑫

𝐕𝐕_{𝐃𝐃𝐃𝐃}

+

−

+

−

𝑹𝑹_𝑫𝑫

𝐕𝐕_{𝐃𝐃𝐃𝐃} 𝒏𝒏

𝒏𝒏

𝑷𝑷 +

− 𝐕𝐕_{𝐆𝐆𝐆𝐆}+

−



2. MOSFET의 동작 특성(2)

• 공핍형 모드

• 부(-)의 게이트-소스 전압 인가

• 채널내의 전자를 밀어내고, 양이온 발생

• 채널내의 전자가 부족하게 되고 드레인 전류 감소

• (-) 전압을 V_GS(off)로 하면 채널이 완전 공핍되어 I_D가 0

2. MOSFET의 동작 특성(3)

• 증가형 모드

• 정(+)의 게이트-소스 전압 인가

• 채널 내의 전자를 끌어당김, I_D 증가





2. MOSFET의 동작 특성(4)

Drain

증가형 채널

증가형 모드로만 동작하고 구조적 채널 미존재

𝑹𝑹_𝑫𝑫

𝐕𝐕_{𝐃𝐃𝐃𝐃} 𝒏𝒏

𝒏𝒏

+

−

𝐕𝐕_{𝐆𝐆𝐆𝐆}+

− Gate

Source p substrate

𝒏𝒏

𝒏𝒏



2. MOSFET의 동작 특성(5)

증가형 모드로만 동작하고 구조적 채널 미존재

Drain

Gate

Source

Drain

Gate

n channel p channel

2. MOSFET의 동작 특성(6)



동작 원리

→ 소오스와 드레인 사이에 전류가 흐름

→ 게이트 산화막 아래의 채널 영역에 전자들이 모여 n형 반전층(inversion layer) 형성, n 채널 형성

① 게이트 전극에 양의 전압 인가

② 드레인 전극에 양의 전압 인가

2. MOSFET의 동작 특성(7)



동작 원리

n채널 증가형 MOSFET의 문턱전압 V_Th> 0 p채널 증가형 MOSFET의 문턱전압 V_Th< 0

증가형 MOSFET에서 채널을 형성하기 위해 필요한 최소 게이트 전압

문턱 전압



2. MOSFET의 동작 특성(8)

• 게이트 전압에 따라 차단상태와 도통상태로 동작

게이트 전압이 문턱전압보다 작음 차단

상태

게이트 전압이 문턱전압보다 큼 드레인 전압의 크기에 따라

비포화영역과 포화영역으로 구분 도통

상태



2. MOSFET의 동작 특성(9)

동작 영역

V_GS ‹ V_Th, I_D = 0

V_GS ≥ V_Th, V_DS ‹ V_GS – V_Th, I_D

V_GS ≥ V_Th, V_DS ≥ V_GS – V_Th, I_D 차단

영역

비포화 영역

포화 영역

→ 게이트 전압과 드레인 전압에 영향

→ 드레인 전압에 영향



2. MOSFET의 동작 특성(10)

포화영역 : V_GS ≥ V_Th, V_DS≥ V_GS - V_Th

𝐒𝐒

𝒊𝒊_𝑫𝑫

𝐆𝐆 𝐃𝐃

𝐍𝐍+

𝐍𝐍+

𝐋𝐋

𝐍𝐍 채널 공핍영역



2. MOSFET의 동작 특성(11)

비포화영역 : V_GS ≥ V_Th, V_DS‹ V_GS - V_Th

𝐒𝐒

𝒊𝒊_𝑫𝑫

𝐆𝐆 𝐃𝐃

𝐍𝐍+

𝐍𝐍+

𝐋𝐋

채널핀치오프 공핍영역



2. MOSFET의 동작 특성(12)

𝑽𝑽_{𝑫𝑫𝑫𝑫} 𝒊𝒊_𝑫𝑫

𝑽𝑽_{𝑮𝑮𝑫𝑫} < 𝑽𝑽_{𝑻𝑻𝑻𝑻} 비포화

영역 포화영역

차단영역 𝑽𝑽𝑫𝑫𝑫𝑫.𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔 = 𝑽𝑽_{𝑮𝑮𝑫𝑫}− 𝑽𝑽_{𝑻𝑻𝑻𝑻}

𝑽𝑽_{𝑮𝑮𝑫𝑫𝑮𝑮} > 𝑽𝑽_{𝑮𝑮𝑫𝑫𝑮𝑮}

𝑽𝑽_{𝑮𝑮𝑫𝑫𝑮𝑮} > 𝑽𝑽_{𝑮𝑮𝑫𝑫𝑮𝑮}

𝑽𝑽_{𝑮𝑮𝑫𝑫𝑮𝑮} > 𝑽𝑽_{𝑮𝑮𝑫𝑫𝑮𝑮} 𝑽𝑽_{𝑮𝑮𝑫𝑫𝑮𝑮} > 𝑽𝑽_{𝑻𝑻𝑻𝑻} > 𝟎𝟎

1. MOSFET의 이해

- MOSFET의 게이트는 산화실리콘(Sio2) 층에 의해 채널과 격리 - 공핍형(depletion MOSFET ; D-MOSFET)

- 증가형 (enhancement MOSFET ; E-MOSFET): 채널이 형성되지 않음

2.MOSFET의 동작 특성

- 공핍형 MOSFET : 정(+)의 게이트-소스 전압 인가

- 증가형 MOSFET: 게이트 전극에 양(+)의 전을 인가, 게이트 산화막 아래의 채널영역에 전자들이 모여 n형 반전층(inversion layer) 형성

정리하기

다음시간에는…

에 대해 학습해 보겠습니다.

10주차. JFET 및 MOSFET실험(1)

3강. FET의 특성과 MOSFET 증폭회로 설계