절연 게이트 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)

절연 게이트 전계 효과 트랜지스터 (IGFET), 금속 산화물 전계 효과 트랜지스터라고도 함 (MOSFET)은 전계 효과 트랜지스터(FET)의 파생물입니다. 오늘날 대부분의 트랜지스터는 디지털 집적 회로의 구성 요소로 MOSFET 유형입니다. 디스크리트 BJT는 디스크리트 MOSFET보다 더 많습니다. 집적 회로 내의 MOSFET 트랜지스터 수는 수억에 근접할 수 있습니다. 개별 MOSFET 장치의 치수는 마이크론 미만이며 18개월마다 감소합니다. 훨씬 더 큰 MOSFET은 저전압에서 거의 100암페어의 전류를 스위칭할 수 있습니다. 일부는 더 낮은 전류에서 거의 1000V를 처리합니다. 이러한 장치는 제곱센티미터의 실리콘에서 상당한 부분을 차지합니다. MOSFET은 JFET보다 훨씬 더 광범위한 응용 분야를 찾습니다. 그러나 MOSFET 전력 소자는 현재 바이폴라 접합 트랜지스터만큼 널리 사용되지 않습니다.

MOSFET 작동

MOSFET에는 FET와 같은 소스, 게이트 및 드레인 단자가 있습니다. 그러나 게이트 리드는 FET의 경우에 비해 실리콘에 직접 연결되지 않습니다. MOSFET 게이트는 이산화규소 절연체 상단의 금속 또는 폴리실리콘 층입니다. 게이트는 금속 산화물 반도체와 유사합니다. (MOS) 아래 그림의 커패시터. 충전될 때 커패시터의 플레이트는 각 배터리 단자의 충전 극성을 취합니다. 하부 플레이트는 음극(-) 배터리 단자에서 산화물 쪽으로 전자를 밀어내고 양극(+) 상부 플레이트에 끌리는 P형 실리콘입니다. 산화물 근처의 이러한 과잉 전자는 산화물 아래에 역(전자 과잉) 채널을 생성합니다. 이 채널은 또한 벌크 실리콘 기판에서 채널을 분리하는 공핍 영역을 동반합니다.

N-채널 MOS 커패시터:(a) 충전되지 않음, (b) 충전됨.

아래 그림(a)에서 MOS 커패시터는 P형 기판의 한 쌍의 N형 확산판 사이에 배치됩니다. 커패시터에 전하가 없고 게이트에 바이어스가 없으면 N형 확산, 소스 및 드레인이 전기적으로 절연된 상태를 유지합니다.

N-채널 MOSFET(향상형):(a) 0V 게이트 바이어스, (b) 포지티브 게이트 바이어스.

게이트에 적용된 양의 바이어스는 커패시터(게이트)를 충전합니다. 산화물 위의 게이트는 게이트 바이어스 배터리에서 양전하를 받습니다. 게이트 아래의 P형 기판은 음전하를 띠고 있습니다. 과량의 전자가 있는 반전 영역이 게이트 산화물 아래에 형성됩니다. 이 영역은 이제 소스와 드레인 N형 영역을 연결하여 소스에서 드레인으로 연속적인 N 영역을 형성합니다. 따라서 FET와 같은 MOSFET은 단극 장치입니다. 한 유형의 전하 캐리어가 전도를 담당합니다. 이 예는 N-채널 MOSFET입니다. 이러한 연결 사이에 전압이 가해지면 소스에서 드레인으로 큰 전류가 전도될 수 있습니다. 실제 회로는 위의 그림 (b)에서 드레인 배터리와 직렬로 부하를 갖습니다.

E-MOSFET

위의 그림에서 설명한 MOSFET을 향상 모드라고 합니다. MOSFET. 비전도성 오프 채널은 바이어스를 적용하여 게이트 아래의 채널을 강화하여 켜집니다. 이것은 가장 일반적인 유형의 장치입니다. 다른 종류의 MOSFET은 여기에서 설명하지 않습니다. 공핍 모드에 대해서는 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터 장을 참조하십시오. 장치.

MOSFET은 FET와 마찬가지로 전압 제어 장치입니다. 게이트에 입력되는 전압은 소스에서 드레인으로의 전류 흐름을 제어합니다. 게이트에는 연속 전류가 흐르지 않습니다. 그러나 게이트는 게이트 커패시턴스를 충전하기 위해 전류의 서지를 끌어옵니다.

N-채널 디스크리트 MOSFET의 단면은 아래 그림(a)에 나와 있습니다. 개별 장치는 일반적으로 고전력 스위칭에 최적화되어 있습니다. N+는 소스와 드레인이 N형으로 많이 도핑되었음을 나타냅니다. 이것은 소스에서 드레인으로의 고전류 경로에서 저항 손실을 최소화합니다. N-은 가벼운 도핑을 나타냅니다. 소스와 드레인 사이의 게이트 아래 P 영역은 양의 바이어스 전압을 인가하여 반전될 수 있습니다. 도핑 프로파일은 실리콘 다이에 구불구불한 패턴으로 배치될 수 있는 단면입니다. 이것은 면적을 크게 증가시키고 결과적으로 현재 처리 능력을 증가시킵니다.

N-채널 MOSFET(향상형):(a) 단면, (b) 회로도 기호.

위 그림(b)의 MOSFET 회로도 기호는 실리콘 기판에 직접 연결되지 않았음을 나타내는 "플로팅" 게이트를 보여줍니다. 소스에서 드레인으로의 파선은 이 장치가 꺼져 있고 게이트에서 바이어스가 0인 상태에서 전도되지 않음을 나타냅니다. 일반적으로 "꺼짐" MOSFET은 향상 모드 장치입니다. 전도를 위해 게이트에 바이어스를 적용하여 채널을 강화해야 합니다. 기판 화살표의 "포인팅" 끝은 "비포인팅" 끝인 N형 채널을 가리키는 P형 재료에 해당합니다. N채널 MOSFET의 기호입니다. 화살표는 P-채널 장치에 대해 반대 방향을 가리킵니다(도시되지 않음). MOSFET은 소스, 게이트, 드레인 및 기판의 4가지 단자 장치입니다. 기판은 개별 MOSFET의 소스에 연결되어 패키지 부품을 3단자 장치로 만듭니다. 집적 회로의 일부인 MOSFET은 의도적으로 절연되지 않는 한 모든 장치에 공통적인 기판을 가지고 있습니다. 이 공통 연결은 접지 또는 전원 공급 장치 바이어스 전압에 연결하기 위해 다이에서 본딩될 수 있습니다.

V-MOS

N-채널 "V-MOS" 트랜지스터:(a) 단면, (b) 회로도 기호.

V-MOS (위 그림)의 디바이스는 온-상태 소스-드레인 저항을 낮추기 위해 배열된 도핑 프로파일을 가진 개선된 전력 MOSFET입니다. VMOS는 소스-드레인 경로의 단면적을 증가시키는 V자형 게이트 영역에서 이름을 따왔습니다. 이것은 손실을 최소화하고 더 높은 수준의 전력 스위칭을 허용합니다. U자형 홈을 사용한 변형인 UMOS는 제조시 재현성이 더 높습니다.

검토:

<울>

MOSFET는 단극 전도 장치로, FET와 같이 한 가지 유형의 전하 캐리어로 전도되지만 BJT와 다릅니다.

MOSFET은 FET와 같은 전압 제어 장치입니다. 게이트 전압 입력은 소스에서 전류를 배출하도록 제어합니다.

MOSFET 게이트는 누설을 제외하고는 연속 전류를 소비하지 않습니다. 그러나 게이트 커패시턴스를 충전하려면 상당한 초기 전류 서지가 필요합니다.

관련 워크시트:

<울>

기존 트랜지스터 개요 및 특수 트랜지스터 워크시트