MOSFET의 개념

안녕하세요.

이번에 삼성전자에서 자랑하는 GAA FET 공정에 대해 먼저 알아보기 전에 MOSFET에 대해서 알아보고자 합니다. 

MOSFET은 BJT 다음으로 나온 소자입니다. BJT보다는 성능과 집적도 면에서 훨씬 앞서갑니다.

 

MOSFET

• 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터
• 스위칭 목적 및 전자 장치의 전자 신호 증폭에 널리 사용되는 반도체 장치
• 종류 : N형 방도체 P형 반도체
• Source(소스, S), Gate(게이트 , G), Drain(드레인, D), Body(바디, B)

MOSFET의 구조

• MOSFET의 기능은 캐리어(정공 또는 전자)의 흐름과 함께 채널 폭에서 발생하는 전기적 변화에 따라 달라집니다.
• 전하 캐리어는 소스 단자를 통해 채널로 들어가고 드레인을 통해 나갑니다.
• 채널의 너비는 Gate의 전극의 전압에 의해 제어가 되며 소스와 드레인 사이에 존재합니다. 매우 얇은 금속 산화물 층 근처의 채널로부터 절연되어 있습니다.

동작 방식

1. 고갈 모드(Depletion Mode) 또는 공핍형 MOSFET

• Gate단자에 전압이 없으면 채널은 최대 컨덕턴스를 보여줍니다. 게이트 단자의 전압이 양수 또는 음수이면 채널 전도도가 감소합니다. 그래서 고갈 모드라고 부릅니다.
• 물리적으로 미리 심어진 채널을 가지고 있는 경우를 공핍형 구조라고 부릅니다.

2. 강화 모드(Enhancement Mode) 또는 증가형 MOSFET

• Gate단자에 전압이 없으면 장치가 전도되지 않는데 게이트 단자에 최대 전압이 있을 때 장치는 향상된 전도도를 보여줍니다. 이때 강화 모드라고 부릅니다.

고갈모드, 공핍형 MOSFET                                                             강화모드, 증가형 MOSFET 구조

 

MOSFET의 작동 원리

• 소스와 드레인 단자 사이의 전압 및 전류 흐름을 제어가 주요 원리
• 스위치처럼 작동하며 장치의 기능은 MOS 커패시터를 기반
• 소스와 드레인 단자 사이에 위치한 산화층 아래의 반도체 표면은 각각 양 또는 음의 게이트 전압을 인가함으로써 P형에서 N형으로 반전 가능
• 양의 게이트 전압에 반발력을 가하면 산화물 층 아래에 있는 Hole이 기판과 함께 아래쪽으로 밀립니다.
• 공핍 영역은 억 셉터 원자와 관련된 결합 된 음전하로 채워진 곳입니다. 이 채널에 도달하는 전자가 형성됩니다.
• 양의 전압은 N+ 소스 및 드레인 영역에서 채널로 전자를 끌어들입니다.
• 이제 드레인과 소스 사이에 전압이 가해지면 소스와 드레인 사이에 전류가 자유롭게 흐르고 게이트 전압이 채널의 전자를 제어합니다.
• 음의 전압을 적용하면 산화물 층 아래에 홀 채널이 형성됩니다.

 

P채널 MOSFET

• 드레인과 소스는 P+ 영역, 기판은 N형
• 전류는 P- 채널 MOSFET
• 게이트에 음의 전압을 적용하면 산화물 층 아래에 존재하는 전자가 반발력을 얻게 되고 기판으로 아래로 밀려 들어가 공핍 영역은 결합된 양전하로 채워지게 됩니다.

N채널 MOSFET

• 드레인과 소스는 N+영역, 기판은 P형
• 전류는 N채널 MOSFET
• 게이트에 양의 전압을 적용하면 산화물 층 아래에 존재하는 구멍이 기판 아래로 밀려납니다. 공핍 영역은 결합된 음전하로 채워집니다.

 

 

 

 

 

다음 블로그에는 MOSFET 작동 영역과 MOSFET의 역할의 스위치에 대해 자세히 정리해보겠습니다.

 

 

회로설계와 반도체 관련해서 열심히 공부 중인 예지 블로그입니다.

혹시 틀린 부분이 있으면 댓글 남겨 주세요! 감사합니다.