전자 회로 1Lecture 6 (MOSFET)

2009. 04.임한조

아주대학교 전자공학부hanjolim@ajou.ac.kr

이 강의 노트는 전자공학부 곽노준 교수께서 08.03 에 작성한 것으로 노트제공에 감사드림 .

April, 2008 Nojun Kwak 2

MOSFET

FET: Field Effect Transistor

MOS-FET: Metal-Oxide Semiconductor FET

MOSFET 의 Type Enhancement type ( 반도체의 90% 이상 )

Depletion type

MOSFET 의 장점 (BJT 와 비교 ) 매우 작게 만들 수 있음 .

공정이 비교적 간단함 전력 소모가 적음 MOSFET 만으로 회로 구성이 가능 (IC)

April, 2008 Nojun Kwak 3

Enhancement-Type MOSFET

물리적 특성 : L=0.1~3μm, W=0.2~100μm, tox = 2~50nm

3 terminals + Body: Source, Drain, Gate; Symmetric device NMOS (S&D = n+, G=p) vs. PMOS (S&D=p+, G=n)

April, 2008 Nojun Kwak 4

NMOS Transistor

April, 2008 Nojun Kwak 5

기본적인 NMOS 동작 (VG=0)

April, 2008 Nojun Kwak 6

기본적인 NMOS 동작 (VG>0)

April, 2008 Nojun Kwak 7

PMOS Transistor

April, 2008 Nojun Kwak 8

자세한 MOSFET 동작 (NMOS 기준 )

Gate 에 voltage 를 걸어주면 Transistor 가 ON Inversion layer (n-type channel) 가 생김 (MOS capacitor 에

의해서 전자가 모임 ) VGS 가 일정 voltage (Vt) 이상이 되어야 inversion layer 가 생김 Vt: device 특성 ; 0.5~1 Volt VGS 에 의해서 inversion layer 의 깊이 ( 전자의 양 ) 가 결정됨

April, 2008 Nojun Kwak 9

NMOS Cutoff Mode

April, 2008 Nojun Kwak 10

NMOS Linear Mode (VDS = very small)

: excess gate voltage overdrive voltage effective voltage

April, 2008 Nojun Kwak 11

NMOS Triode to Saturation Mode

April, 2008 Nojun Kwak 12

NMOS Saturation Mode (I)

April, 2008 Nojun Kwak 13

NMOS Saturation Mode (II)

April, 2008 Nojun Kwak 14

Drain 에서의 전류 (I) MOS 구조는 parallel plate capacitor 처럼 동작 : Gate-Oxide-channel 채널이 연속적일 때 (Drain 쪽에도 채널이 있을 때 ):

, 여기서 : 단위 면적당 capacitance

April, 2008 Nojun Kwak 15

Drain 에서의 전류 (II)

Triode 영역에서

Saturation 영역에서

April, 2008 Nojun Kwak 16

Ideal NMOS I-V characteristics

(triode)

April, 2008 Nojun Kwak 17

I-V characteristics (ID vs. VDS)

April, 2008 Nojun Kwak 18

I-V characteristics (ID vs. VGS)

boundary 에서

Quadratic

참고 : BJT

April, 2008 Nojun Kwak 19

Summary: NMOS I-V characteristics

Cutoff

Triode (Linear)

Saturation

*

April, 2008 Nojun Kwak 20

CMOS = NMOS + PMOS

CMOS: Complementary MOS

PMOS: NMOS 와 전류 / 전압 방향이 반대 NMOS: Drain Source (electron 이 이동 ; n-channel) PMOS: Source Drain (hole 이 이동 ; p-channel)

April, 2008 Nojun Kwak 21

MOSFET Symbols

NMOS: PMOS:

April, 2008 Nojun Kwak 22

Channel-Length Modulation (I)

April, 2008 Nojun Kwak 23

Channel-Length Modulation (II)

A

1V

A AV V L

April, 2008 Nojun Kwak 24

Body Effect

April, 2008 Nojun Kwak 25

온도 특성 및 Breakdown

Vt: - 2mV/ Drain current 증가

k’: 온도가 증가함에 따라 줄어듦 (dominant) 전체적으로 온도가 증가하면 전류가 줄어듦 .

VDS 가 커지면 전류가 많이 흐르는 avalanche 현상 20~150V

VGS 가 커지면 ~30V 정도 breakdown 이 일어남 Device 에 영원한 damage 를 줌 Diode 등을 통한 보호회로를 만들어 주어야 함