Gate   게이트

(2021-04-05)

Drain, 드레인, Source, 소스, 기판, 몸체, 서브스트레이트, Substrate

1. MOSFET의 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) : 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
       

     * 층별 재료
        . 게이트(Gate)        : 금속에 가까운 고 농도 Poly Silicon
        . 산화막(Oxide Layer) : 얇고 우수한 절연층 (SiO₂)
        . 기판(Substrate)     : n형 또는 p형 실리콘(Silicon) 


2. MOSFET의 게이트(Gate) 단자

  ㅇ 게이트와 기판 간에 절연됨
     - 게이트 전극(단자)과 기판(Substrate) 간에, 실리콘 산화막(SiO₂)에 의해 절연됨
     * 저주파 하에서는, 게이트에 어떠한 전류도 흐르지 않음

  ㅇ 게이트의 인가 전압  => MOSFET 전도채널 상의 전도도 조절 역할           ☞ 선형 영역 참조
     - 게이트 전압문턱전압 보다 낮으면,  (VG < Vth)
        . 드레인 전압(VD)을 인가하더라도 통로가 없어 소스-드레인 간 불도통
     - 게이트 전압이 문턱전압 보다 높으면,  (VG > Vth)
        . 산화물 바로 아래에 전자가 흐를 수 있는 반전층이 형성됨 (도통)  ☞ MOSFET 전도채널 참조
     - 이후, 게이트 전압(VG)이 증가할수록,
        . 전도 채널캐리어 농도가 증가하며 전도도가 증가됨
     - 결국, 게이트는 채널전도도 조절 역할을 하게됨

  ㅇ 게이트의 주요 역할
     - 전하 캐리어의 흐름 즉, 전류(전도도)의 제어
     - 다른 단자와는 격리(절연)되어, 마치 커패시터의 한쪽 판 처럼 동작 함   ☞ MOS 커패시터 참조

  ㅇ 게이트 전극재료 
     - 금속에 가까운 고 농도 Poly Silicon
        . 산화막(Oxide) 위에 증착 적층(stack)시켜 형성시켜 만들어진 다결정 실리콘
        . 특히, 다결정 실리콘은 그 아래 산화막화학반응을 하지 않으며 고온에 견딜 수 있음


3. MOSFET의 드레인(Drain),소스(Source) 단자대칭적인 소자 (소스,드레인 위치를 바꾸어도 아무런 차이 없음)
     - 소스,드레인 구분은 인가된 전압의 역할에 따라 정해짐

  ㅇ 드레인,소스 간에 전압(VDS)을 가하면, 드레인 전류 ID가 흐르는데,
     - 이때, 게이트,소스 간에 인가 전압(VGS)에 의해 드레인 전류제어 가능

  ㅇ 소스,드레인 간 주요 역할
     - 게이트 전압 제어에 의한 전도 채널의 조절을 통해, 마치 가변 저항 처럼 동작
         
     - 전하 캐리어의 공급 및 흡수
        . 소스(Source)  : 전하 캐리어의 공급
           .. 소스로부터 채널(반전층)로의 전하 주입을 통해 전하 공급이 이루어짐
           .. 즉, 채널을 흐르는 전하(전자,홀)는, 기판의 캐리어 생성에서 얻어지는 것이 아님
        . 드레인(Drain) : 전하 캐리어의 흡수


4. MOSFET의 기판/몸체(Substrate,Bulk) 단자집적 회로 내 대부분의 MOSFET 소자들이 몸체 연결을 공유 함 
     - pMOS의 n형 기판은 접지(가장 음성) 쪽에,
     - nMOS의 p형 기판은 전원(가장 양성) 쪽으로 연결되어 공유됨


[MOSFET 구조] 1. MOSFET 구조 2. 게이트,드레인,소스

 
        최근수정     요약목록     참고문헌