MOSFET Conduction Channel   MOSFET 채널, MOSFET 전도채널

1. MOSFET 전도 채널 = MOSFET 반전층 (Inversion Layer)

     

  ㅇ 전기장이 생성됨
     - 인가된 게이트 전압으로,
     - 산화막(SiO2) 바로아래 수직 방향의 전기장에 의해 생김

  ㅇ 전하의 공급이 이루어짐
     - 소스로부터 채널(반전층)로의 전하 주입을 통해 전하 공급이 이루어짐
     - 즉, 채널을 흐르는 전하(전자,홀)는, 기판에서의 캐리어 생성으로부터 얻어지는 것이 아님

  ㅇ 전도성 채널이 형성됨
     - 전하(소수 캐리어)가 흐를 수 있는 층(전도성 채널 : 일정 저항을 갖음)이 형성됨
     - 이 전도성 채널의 특징은,
        . 유동 전하(소수캐리어)가 집중적으로 모여, 농도가 매우 높음
        . 그 두께가 매우 작음 (수 nm 정도)
        . 그 길이는 통상 0.03 ~ 1 ㎛ 정도

  ㅇ 도통이 이루어짐
     - 유기된 채널(induced channel)을 통해,
     - n형 소스, n형 드레인 간에 서로 연결(도통)되어짐

  ㅇ 한편, 일단 채널이 유기되면,
     - 게이트 전압을 더 높이더라도 공핍층 폭은 거의 변하지 않음


2. MOSFET 반전층의 형성 과정

  ㅇ 게이트 전압(VG)이 낮은 초기에는, 
     - 공핍영역 만이 형성되어 전류가 흐르지 못하다가,  

  ㅇ 게이트 전압(VG)이 문턱전압(Vth) 보다 높으면,
     - 반전층(전도채널)이 생기고, 
     - 이 층과 게이트,몸체와는 2개의 커패시터를 형성하며,
     - 이 층을 통해 드레인 전류(IDS)가 흐를 수 있게 됨
         
         
[# C_{ox} = \frac{ε_{ox}}{t_{ox}} #]
  
        . {#C_{ox}#} : 산화막의 단위 면적 당 커패시턴스  [F/㎡]
        . {#ε_{ox}#} : 산화막 유전율  [F/m]
        . {#t_{ox}#} : 산화막 두께  [m]
     - [참고] ☞ 문턱전압 참조 

  ㅇ 이후에, VDS가 인가되면,
     - 드레인,소스 전류 IDS는, 반전층에 축적되는 전하량의 함수가 됨


3. 약 반전, 강 반전

  ㅇ 약 반전(weak inversion)
     - 유동 전하로 초기 층을 형성하는 단계

  ㅇ 강 반전(strong inversion)
     - 산화막 경계면 전하 농도가 기판 전하 농도와 같아짐
        . 소스-드레인 간 전류 도전 채널을 형성함
           .. 소스,드레인 영역에서 소수 캐리어 공급

     - 문턱전압
        . 강반전을 일으키는데 필요한 게이트 전압