MOSFET, MOS, IGFET   Metal Oxide Semiconductor FET, Insulated-gate FET  

(2017-03-08)
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1. MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET)

  ㅇ 저 비용, 고 집적, 저 전력, 단순 공정의 반도체 소자
     - 크기가 작을수록 더 적은 전력 소모, 더 빠른 동작속도를 보임

  ※ [참고]  BJT,MOSFET 비교
     - 집적도   : MOSFET > BJT
     - 속도     : MOSFET < BJT
     - 전력소모 : MOSFET < BJT
     - 신뢰성   : MOSFET < BJT


2. MOSFET 구조

  ㅇ (수평) 서브스트레이트 위에 소스-게이트-드레인으로 구성된 pnp, npn 접합 구조
     - 소스(Source)  : 전하 캐리어의 공급
     - 게이트(Gate)  : 전하 캐리어의 흐름 조절
     - 드레인(Drain) : 전하 캐리어의 흡수
     - 서브스트레이트(Substrate) : 물리적 지지대 역할의 기판

     * 위 4개가 단자화되어 외부와 연결됨 

  ㅇ (수직)  3층 적층 구조                                ☞ MOSFET 구조 참조
     - 금속-산화물-반도체(Metal-Oxide-Semiconductor)의 3층이 적층 구조를 형성
       

     - 재료 형태
        . 게이트(Gate)         : 금속에 가까운 고 농도 Poly Silicon
        . 산화막(Oxide Layer)  : 얇고 우수한 절연층 (SiO₂)
        . 기판(Substrate/Body) : n형 또는 p형 실리콘 반도체


3. MOSFET 특징

  ㅇ 단극성 트랜지스터               
     - 증폭,스위칭 등의 작용에서 전자 또는 정공 중 1개의 전하캐리어 만이 관여됨
        . 한편, 쌍극성 트랜지스터는,      ☞ BJT(쌍극 접합 트랜지스터) 참조

  ㅇ 3 단자 소자 : 게이트,드레인,소스
     - 단, 소스 및 드레인은 물리적으로 동일
     - 따라서, 서로 위치를 바꿀 수 있음

  ㅇ 게이트에 인가된 전압에 따라, 전압제어 전류원 역할 
     - 소스,드레인 사이의 전류 흐름의 제어,도통,차단이 게이트 전압에 의해 이루어짐  
        . 즉, 캐리어 이동 통로(channel)의 생성,조절,소멸이 제어됨
     - 증폭기,스위치 소자 등으로 활용 가능
 
  ㅇ 회로 기호 ☞ MOSFET 회로 기호 참조


4. MOSFET에서 `전하 공급` 및 `전류 흐름` 메커니즘전하 공급 
     - 채널을 흐르는 전하(전자,홀)는, 
     - 기판에서의 캐리어 생성으로부터 얻어지는 것이 아니라, 
     - 소스로부터 채널(반전층)로의 전하 주입을 통해 전하 공급이 이루어짐

  ㅇ 전류 흐름 
     - 소스-드레인 간 반송자드리프트(Drift)에 의함
        . 게이트-소스 전압 VGS 및 드레인-소스 전압 VDS에 따라,
        . MOSFET 동작모드, 문턱 전압 Vt, 채널 길이 L, 채널 폭 W 등이 영향을 받음
           
     - 한편, 게이트산화막 절연에 의해 전류가 차단되므로, 게이트 전류는 0 (iG = 0)


5.  MOSFET에서 전도 채널MOSFET 전도채널 참조

  ㅇ 드레인에서 소스로 전류가 흐를 수 있는 작은 전자 흐름 통로로써 전도성 채널이 존재함
      - 이에따른 `채널 길이`, `채널 폭`, 그 위의 게이트 `산화막`이 중요한 역할을 함

  ㅇ 전도성 채널반전층을 형성하게되는 최소 VGS 값       ☞ MOSFET 문턱전압 참조
      - 문턱전압 ≒ 0.3 ~ 0.5 V 정도

  ㅇ 전도성 채널이 없을때는, 드레인-소스 간에 높은 저항(약 1012 Ω) 있게됨


6. MOSFET 종류전도 채널 유무 : 공핍형 MOSFET, 증가형 MOSFET 
     - (공정)  채널이 미리 만들어지는지 여부에 따라 구분
     - (동작)  동작을 위해 채널이 유기될 필요가 있는지 여부에 따라 구분
     - (구조)  둘 다 동일 모양을 갖음

  ㅇ 전도 채널 종류  :  n-channel (nMOS), p-channel (pMOS)
     * (소스,드레인,서브스트레이트의 도핑 형태에 따라 구분)

     - n-채널 증가형(n-channel enhancement) MOSFET 경우 (증가형 nMOS)
        . 약 도핑된 p형 기판에 강 도핑된 n+ 영역을 확산시킨 것
     - p-채널 증가형(p-channel enhancement) MOSFET 경우 (증가형 pMOS)
        . 약 도핑된 n형 기판에 강 도핑된 p+ 영역을 확산시킨 것

  ㅇ 상보형 구조             : CMOS 
     - pMOS 및 nMOS 모두를 갖음, 기판은 p형 또는 n형 둘중 하나


7. MOSFET의 주요 파라미터   (소자 집적도와 관련됨)

  ㅇ Leff : 채널유효길이 (≒ 0.15 ㎛ 정도)
     - 큰 드레인 전류를 얻기위해 채널 길이를 최소화하는 능력
        . 소스-드레인 간 오옴저항의 최소화

  ㅇ tox  : 산화막 두께  (≒ 50 A 정도)
     - 극도로 얇으면서 매우 일정한 유전체층을 만드는 능력
        . 게이트 하단에 생기는 전도 채널상의 전하 캐리어 양이 크도록함 (C = Q V = εA/t)

  ※ 위 두 값은 감소시킬수록 집적도,동작속도 등에 좋음


[MOSFET] 1. MOSFET 2. 공핍형,증가형 MOSFET
[MOS 커패시터] [MOSFET 구조] [MOSFET 동작] [MOSFET 파라미터]

 
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