MOSFET 구조

(2020-04-25)
1. MOSFET의 일반 구조

     

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

     * 위 4개가 단자화되어 외부와 연결됨 

  ㅇ (수직) 3층 적층구조
     - 금속-산화물-반도체(Metal-Oxide-Semiconductor)의 3층이 적층 구조를 형성
        . 게이트가 유도되는 전류 전도 채널로부터 절연되어 있는 구조

     * 층별 대표적인 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


2. MOSFET의 층별 구조 : 크게, 3층으로 구분

  ㅇ 상층 (전극 단자)
     - 금속막 역할을 하는 전도성 있는 게이트(Gate) 단자
     - 재료 : 다결정 실리콘(Polysilicon)을 주로 사용
        . 현재는 거의 다결정 실리콘이나, 초기에 게이트가 금속으로 만들어진 바 있음
     - 다결정 실리콘의 특징 
        . 고 농도이온이 주입되어 높은 전도도를 갖음
        . 또한, 산화막화학반응 하지 않으면서도 고온에 견딜 수 있음
     - 게이트 전류 흐름 없음
        . 게이트 전극산화막에 의해 기판과 절연되므로 게이트 전류 흐름 없음

  ㅇ 중간층 (산화막층)
     - 금속 게이트실리콘 기판 사이를 분리하는 절연체
     - 재료 : 산화막층의 역할을 할 수 있도록 절연성 있는 산화실리콘(SiO₂)을 사용
     - 게이트와 기판 간에 일종의 커패시터를 형성  ☞ MOS 커패시터 참조

  ※ 한편, 게이트 양쪽에 소스(Source) 및 드레인(Drain)이 위치함
     - 대칭적인 소자 (소스,드레인 위치를 바꾸어도 아무런 차이 없음)
        . 소스,드레인 구분은 인가 전압 역할에 따라 정해짐

  ㅇ 바닥층 (기판, Substrate/Bulk/Body)
     - p형 또는 n형 실리콘 단결정 기판
        . 이 층은 불순물층으로 기판(Substrate)/벌크(Bulk)/바디(Body)라고도 함
     - 드레인-기판(D-B), 소스-기판(S-B) 사이에는 pn 접합이 형성되어 있으며,
        . 이들은 항상 역 바이어스가 걸려 있어야 정상 동작함


3. MOSFET의 구조 특징

  ㅇ 단자 구분                   : 4 단자
     - Gate (G), Source (S), Drain (D), Body (B)

  ㅇ 크기를 규정하는 두 요소     : L, W
     - 주로, 전도채널의 길이(L) 및 폭(W)에 의해 규정됨

  ㅇ 대칭적인 구조               : 좌우 대칭
     - 소스,드레인 위치를 바꾸어도 차이 없으며, 그 구분은 인가 전압 역할에 따라 정해짐

  ㅇ 전하캐리어 종류에 따른 구분 : nMOS, pMOS
     - nMOS : n형 전도채널 소자
        . 약 도핑된 p형 기판에 강 도핑된 n+ 영역을 확산시킨 것
     - pMOS : p형 전도채널 소자
        . 약 도핑된 n형 기판에 강 도핑된 p+ 영역을 확산시킨 것


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

 
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