[7] 반도체 소자 MOSFET

MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Feild-Effect-Transistor)

들어가기 전에 MOSFET은 MOS capacitor를 이용한 FET라고 생각해 두고 가자. 일단, MOS에 대해 먼저 분석해보자.

MOS의 용어를 보면, Metal-Oxide-Semiconductor의 약자로 각각의 물질들이 층으로 겹쳐진 것이다. 그림을 한번 보자.

설명과 같이 Metal이 맨 위에 Oxide가 그다음 semiconductor가 맨 밑으로 이루어져있다. 여기서, 빨간색 빗금부분(Oxide와 Semiconductor가 맞닿는 부분)에 carrier층이 형성된다. 이 carrier층을 channel이라고 한다. 전압을 인가했을 때 carrier들이 모이는 소자를 우리는 capacitor라고 한다. capacitor의 경우 아래 그림과 같이 M-I-M구조를 가진다.

MOS구조도 MIM구조인 Capacitor처럼 carrier가 모이는 특징 때문에 우리는 MOS-capacitor라고 부르는 것이다. 우리는 전하를 모으고 흩어놓고가 목적이 아니다. 우리는 전하를 흐르게 하는 것이 목적이다. 그것을 해주는 것이 FET이다.

FET에서는 Source와 Drain사이에 전압을 인가해주고 그에 따라 전기장이 형성하게 된다. 우리는 전압을 주어 전기장을 인가해서 carrier를 이동시키도록 한다. 크게보면 전압을 주어 전류를 이동시키는 것처럼 보인다. 하지만, 전기장(Field)가 주된 역할을 하게 되므로 Field Effect Transistor라고 부르는 것이다.

한가지 중요하게 생각할 것은 MOSFET은 4단자 소자라는 것이다. 왜냐하면 밑에 Bulk라는 것 때문에 게이트와 Bulk사이의 전압이 형성되어 전하를 모이게 하는 것이 가능하기 때문이다. MOSFET은 4단자소자임을 명심하자.

MOSFET의 종류 2가지

MOSFET의 종류는 상당히 많지만 가장 대표적인 NMOSFET과 PMOSFET에 대해 살펴보고 넘어가자.

형광색부분이 왜 그렇게되었는지는 설명이 길게되므로 생략하겠다. 하지만 동작 bias를 이해하게되면 MOSFET에 대해 어느정도 이해했다고 본다. NMOSFET에서 Threshold voltage가 + 방향으로 클수록 높다는 것은 0.1v->0.2v->0.3v 로 갈수록 커진다는 말이다. 반대로 PMOSFET에서는 -0.1v->-0.2v->-0.3v로 갈수록 높다는 것이다. 

비고에 있는 말 또한 전자의 이동도가 정공의 이동도보다 활발해서 정도로만 알아두고 일단 넘어가도록 하자.

반도체 소자 요약정리