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전자 회로 1 Lecture 6 (MOSFET)

전자 회로 1 Lecture 6 (MOSFET). 2009. 04. 임한조 아주대학교 전자공학부 hanjolim @ajo u.ac.kr. 이 강의 노트는 전자공학부 곽노준 교수께서 08.03 에 작성한 것으로 노트제공에 감사드림. MOSFET. FET: Field Effect Transistor MOS-FET: Metal-Oxide Semiconductor FET MOSFET 의 Type Enhancement type ( 반도체의 90% 이상 ) Depletion type

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전자 회로 1 Lecture 6 (MOSFET)

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  1. 전자 회로 1Lecture 6 (MOSFET) 2009. 04. 임한조 아주대학교 전자공학부 hanjolim@ajou.ac.kr 이 강의 노트는 전자공학부 곽노준 교수께서 08.03에 작성한 것으로 노트제공에 감사드림.

  2. MOSFET • FET: Field Effect Transistor • MOS-FET: Metal-Oxide Semiconductor FET • MOSFET의 Type • Enhancement type (반도체의 90%이상) • Depletion type • MOSFET의 장점 (BJT와 비교) • 매우 작게 만들 수 있음. • 공정이 비교적 간단함 • 전력 소모가 적음 • MOSFET만으로 회로 구성이 가능 (IC) 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) Nojun Kwak

  4. NMOS Transistor Nojun Kwak

  5. 기본적인 NMOS 동작 (VG=0) Nojun Kwak

  6. 기본적인 NMOS 동작 (VG>0) Nojun Kwak

  7. PMOS Transistor Nojun Kwak

  8. 자세한 MOSFET 동작 (NMOS 기준) • Gate에 voltage를 걸어주면 Transistor가 ON • Inversion layer (n-type channel) 가 생김 (MOS capacitor에 의해서 전자가 모임) • VGS가 일정 voltage (Vt) 이상이 되어야 inversion layer가 생김 • Vt: device 특성; 0.5~1 Volt • VGS에 의해서 inversion layer의 깊이 (전자의 양)가 결정됨 Nojun Kwak

  9. NMOS Cutoff Mode Nojun Kwak

  10. NMOS Linear Mode (VDS = very small) : excess gate voltage overdrive voltage effective voltage Nojun Kwak

  11. NMOS Triode to Saturation Mode Nojun Kwak

  12. NMOS Saturation Mode (I) Nojun Kwak

  13. NMOS Saturation Mode (II) Nojun Kwak

  14. Drain에서의 전류 (I) • MOS 구조는 parallel plate capacitor처럼 동작: Gate-Oxide-channel • 채널이 연속적일 때 (Drain쪽에도 채널이 있을 때): ,여기서 : 단위 면적당 capacitance Nojun Kwak

  15. Drain에서의 전류 (II) Saturation 영역에서 Triode 영역에서 Nojun Kwak

  16. Ideal NMOS I-V characteristics (triode) Nojun Kwak

  17. I-V characteristics (ID vs. VDS) Nojun Kwak

  18. I-V characteristics (ID vs. VGS) Quadratic boundary 에서 참고: BJT Nojun Kwak

  19. Summary: NMOS I-V characteristics • Cutoff • Triode (Linear) • Saturation * Nojun Kwak

  20. CMOS = NMOS + PMOS • CMOS: Complementary MOS • PMOS: NMOS와 전류/전압 방향이 반대 • NMOS: Drain  Source (electron이 이동; n-channel) • PMOS: Source  Drain (hole이 이동; p-channel) Nojun Kwak

  21. NMOS: PMOS: MOSFET Symbols Nojun Kwak

  22. Channel-Length Modulation (I) Nojun Kwak

  23. Channel-Length Modulation (II) Nojun Kwak

  24. Body Effect Nojun Kwak

  25. 온도 특성 및 Breakdown • Vt: - 2mV/  Drain current 증가 • k’: 온도가 증가함에 따라 줄어듦 (dominant)  전체적으로 온도가 증가하면 전류가 줄어듦. • VDS가 커지면 전류가 많이 흐르는 avalanche현상 • 20~150V • VGS가 커지면 ~30V 정도 breakdown이 일어남 •  Device에 영원한 damage를 줌 •  Diode 등을 통한 보호회로를 만들어 주어야 함 Nojun Kwak

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