전회1(CH5)_MOSFET DC 특성 및 기본 DC 회로(1): MOSFET 소자 특성

• 우리는 회로 엔지니어니깐 소자 특성적인 거 굳이 알아야하냐?
  음... 난 알아야한다고 본다. 실제 레이아웃할 때 이유도 모르고 레치업을 무서워할 때 이런 지식이 있었다면 충분히 예방할 수 있었다고 생각했던 경험이 있어서다.
  그렇다고 엄청난 걸 알자는게 아니다. 그냥 진짜 기초적인 것만...!
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MOS 특성(1)

MOS 특성(2)

 

1) mosfet에서 Source와 Drain 사이의 거리를 우리는 Channel Length, Gate Length라고 부른다.
--> 이 녀석이 결국 너 집적도 얼마야? 라고 물을 때 비교하는 수치인 거다.

 

2) Nmos의 경우
--> S=GND, Drain=동작점(VDQ)가 가해지는데 이때 Gate의 문을 열어주면(Vth 이상의 전압을 가한다) 채널이 열리게 된다.
--> 이 채널을 통해 전자가 Source에서 Drain으로 빨려들어가며 전류는 그 반대 방향인 Drain에서 Source로 흐르게 된다.

--> 중요한 건 Gate의 양의 전압만 가해도 채널은 만들어지고, S-D의 전압차가 발생해야 ID가 발생한다는 것이다.
--> 이때, Gate의 전압과 Vds간의 관계에 따라 Triode 및 Saturation이 결정된다.

 

3) BJT와의 차이점?

--> 요 부분에서 BJT와의 차이점은 mosfet은 수직으로는 Metal-oxide-sub이기 때문에 oxide로 인해 Gate로부터 전류가 들어오지 않는다.(이상적으로는)
--> BJT는 알다시피 Ib라는 걸 항상 고려했기 땜에 그 부분이 좀 다르다.

 

MOS 특성(3)

 

 4) 그런데, Drain의 전압이 점점 더 강해지면 VDS가 커짐에 따라 VGD의 potential이 작아지기 시작한다.

--> 그러다가 위의 그림과 같이 Pinch off가 발생하게 되고 이 지점이 이 소자가 흘려보낼 수 있는 (Gate전압이 정해진 채로) 최대 전류를 보내는 지점이다.

 

5) 이를 그 유명한 VDS-IDS 커브로 그리면 오른쪽 그림과 같이 된다.

--> 당연히 우리가 증폭기로 사용하는 놈은 Bias가 조금 변해도 일정한 전류를 보내는게 좋을 테니깐(DC적으로는 고정이길 원한다) Saturation 영역에서 동작하기를 바랄 것이다.

 

NMOS VS PMOS

 

6) PMOS는 뭐 딱 NMOS의 반대로 하면 된다.

 

7) 중요한 건 Sub의 전압인데, Nmos의 경우 주로 GND(or Source랑 걍 묶어버림), Pmos는 VDD(or Source랑 묶어버림)로 연결한다.
--> 그 이유는 Nmos의 경우 sub은 p type이고 source는 n+ 이자 Gnd이기 때문에 만약 Sub의 전압이 높아지면 PN 접합에 따라 전류가 셀 수 있기 때문이다. (PMOS는 정확히 반대겠죠?)

 

Summary)

1. mos 기본 특성
: G/S/D 전압에 따라 전류 어떻게 흐르고, 왜 흐르고, 어떤 지점에 포화되는지

 

2. sub의 전압 nmos vs pmos 왜 다르고, 그렇게 둔 이유는?