MOSFET, MOS   Metal Oxide Semiconductor FET  

1. MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET)

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

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


2. MOSFET의 구조                           ☞ MOSFET 구조 참조

  ㅇ (수평) 기판(B) 위에, 소스(S),게이트(G),드레인(D)으로 구성된, pnp 또는 npn 접합 구조
     - 4개가 단자화(S, G, D, B)되어 외부와 연결됨

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

       

  ※ (명칭) IGFET (Insulated-gate FET)
     - 발명 초기, 게이트에, 금속을 사용했으나, 지금은 폴리실리콘을 사용 
     - MOSFET 보다는 IGFET가 더 적절한 명칭이나, 관습에 의해 MOSFET를 씀


3. MOSFET의 특징

  ※ ☞ MOSFET 특징 참조
     - 단극성 트랜지스터 (전자 또는 정공 중 1개의 전하캐리어 만이 관여)
     - 3 단자 소자 (게이트,드레인,소스)
     - 전압제어 전류원 역할 (게이트 인가 전압에 의한 전류 제어)
     - 응용 소자로써 활용 (증폭기,스위치 등)
     - 집적도 우수, 제조공정 단순, 소자 간 절연 용이, 누설전류 작음, 소비 전력 매우 작음 등

  ㅇ 회로 기호 ☞ MOSFET 회로 기호 참조


4. MOSFET의 전류

  ㅇ MOSFET에서, 전류의 흐름 특성                                          ☞ MOSFET 전류 전압 특성 참조
     - 전류가 흐르는 장소
        . 소스,드레인 간의 전도채널로 만 전류가 흐르며, 
        . 기판과는 흐르지 않음
        . 이때, 게이트 전류는 0 (iG = 0)
           .. (게이트는 산화막 절연에 의해 전류가 차단되기 때문임)
     - 전류가 흐르는 원인
        . 소스,드레인 간에 반송자의 드리프트(Drift)에 의함
     - 전류의 의존성
        . 문턱 전압 Vth, 채널 길이 L, 채널 폭 W 등에 영향을 받음
              
[# i_D = k_{n} \left(\frac{W}{L}\right)(v_{GS} - V_{th})v_{DS} #]

  ㅇ 여기서, 전도 채널 이란?                                    ☞ MOSFET 전도채널 참조
     - 드레인에서 소스로 전류가 흐를 수 있는 작은 전자 흐름 통로 (전도성 채널)
        . `채널 길이(L)`, `채널 폭(W)`, 그 위의 게이트 `산화막(SiO₂)`이 중요 역할을 함
     - 전도성 채널(반전층)을 형성하려면,
        . 최소 VGS(≒0.3~0.5V) 필요                       ☞ MOSFET 문턱전압 참조
     - 전도성 채널(반전층)이 없을때는, 
        . 드레인 소스 간에 높은 저항(약 1012 Ω) 있게됨


5. MOSFET의 동작 모드

  ※ ☞ MOSFET 동작모드 참조
     - VGS,VDS 크기에 따라 차단영역,선형영역,포화영역으로 다르게 동작함
        . (게이트 소스 전압 VGS, 드레인 소스 전압 VDS)
        . `차단영역 (OFF)` 및 `선형영역 (ON)` : `스위치` 역할
        . `포화영역` : `증폭기` 역할


6. MOSFET의 종류

  ※ ☞ MOSFET 종류 참조
     - 전도 채널의 유도 필요에 따라  : 공핍형 MOSFET, 증가형 MOSFET(더많이쓰임)
     - 유도된 전도 채널의 종류에 따라  :  n-channel (nMOS), p-channel (pMOS)
     - 상보적 회로  : CMOS (pMOS 및 nMOS 모두를 갖음, 기판은 p형 또는 n형 둘중 하나)


6. MOSFET의 주요 파라미터  :  (제조 공정 특성/능력과 관련됨)

  ㅇ (소자 집적도와 관련됨)
     -  Leff  :  채널 유효 길이 (≒ 10 nm 정도)
        . 큰 드레인 전류를 얻기위해, 채널 길이를 최소화하는 능력
           .. 소스 - 드레인 간 오옴성 저항의 최소화

     -  tox   :  산화막 두께  (≒ 15 Å 정도)
        . 극도로 얇으면서 매우 일정한 절연체(유전체) 층을 만드는 능력
           .. 게이트 하단에 생기는 전도 채널상의 전하 캐리어 양이 크도록함
           .. (C = Q V = εA/t)

     * 위 두 값은 감소시킬수록 집적도,동작속도 등에 좋음

     - 전도 채널의 물리적 길이 (L) 및 폭 (W)
        . 길이 (L)  :  0.03 ~ 1 ㎛
        . 폭 (W)  :  0.05 ~ 100 ㎛

  ㅇ (구조 특성과 관련됨)
     - Vth  :  문턱 전압
        . 강 반전을 생성하는데 필요한 최소 게이트 전압