[반도체소자] 1. MOSFET 동작 원리
MOSFET 동작원리 (1)
MOSFET의 동작원리는 수도꼭지의 원리와 매우 유사합니다.
MOSFET은 Gate 전압의 조절로 On/Off를 결정하는 Transistor입니다.
→ 수도꼭지는 레버를 조절로 물의 흐름을 결정하는 장치입니다.
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♭ MOSFET Drain = 펌프 → 물을 공급해주는 역할
♭ MOSFET Gate = 레버 → 물의 On/Off를 결정하는 역할
♭ Drain current = 물
1. Cut-off mode (조건: VDS = 0V)
MOSFET에서 전류가 흐르지 않은 동작 영역
♭ NMOSFET 기준으로 VGS>VTH가 인가되어 N-channel이 형성되지만 VDS=0 이므로 Id=0
→ 펌프가 작동되지 않은 경우: 레버를 열어도 물이 나오지 않는다! (파란색 점 보이시죠?)
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2. Linear mode (조건: VGS > VTH, VDS < VGS-VTH)
MOSFET에서 VDS 증가에 따라 Id가 선형적으로 증가하는 동작 영역
♭ VDS < VGS-VTH이므로 VDS 증가에 따라 Id 증가
→ 펌프가 작동하지만 레버를 열어준만큼 물을 공급하지 못하는 경우: 펌프를 강하게 작동할수록 물의 세기 증가한다!
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♭ Linear mode에서 Id를 증가시키기 위해서는 위 수식에 따라 VDS 증가
3. Saturation mode (조건: VGS > VTH, VDS(sat) ≥ VGS - VTH)
MOSFET에서 이상적인 경우 VDS 증가에 따라 Id가 더 이상 증가하지 않고 포화된 영역
♭ 이상적이지 않은 경우 VDS 증가에 따라서 pinch-off가 발생하여 Id 증가
♭ Id 증가시키기 위해서는 VGS 증가
♭ VGS 증가하는 경우 VOV(Overdrive voltage)가 증가하여 VDS(sat) 값 증가
→ 열어준 레버보다 많은 물의 양을 공급하는 경우: 펌프를 더 강하게 작동하여 물의 세기는 변화가 없다!
(물의 세기를 증가시키기 위해서는 레버를 더 열어야한다!)
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♭ Saturation mode에서 Id를 증가시키기 위해서는 위 수식에 따라 VGS 증가
<출처>
Donald A. Neaman, "Semiconductor physics and device" 4th edition.
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