본문내용
1. JFET 및 MOSFET의 기본 원리
1.1. JFET의 구조와 동작
JFET의 구조와 동작은 다음과 같다. JFET은 전계효과를 이용한 트랜지스터 중 가장 단순한 형태를 갖는다. JFET은 게이트-소스 전압에 의해 드레인-소스 전류의 흐름을 제어하는 소자이다. N-Channel JFET은 N형 반도체(소스, 드레인) 양쪽으로 P형 반도체(게이트)를 확산시켜 구성되며, 드레인-소스 사이의 채널에 흐르는 전류는 전자이다. P-Channel JFET은 P형 반도체(소스, 드레인) 양쪽으로 N형 반도체(게이트)를 확산시킨 형태로, 채널을 통과하는 전류는 정공이다.
N-Channel JFET의 경우, 역방향 바이어스를 증가시킬수록 P형 반도체와 N형 반도체 사이의 공핍층이 확대되어 전자가 흐르는 채널이 좁아진다. 이는 드레인 전류를 감소시키고, 게이트-소스 전압을 더 증가시켜 두 공핍층이 붙게 되는 핀치오프(pinch-off) 현상이 발생하면 전류가 흐르지 않아 OFF 스위치 기능을 하게 된다.
따라서 JFET은 게이트 전압으로 회로의 전류(드레인 전류)를 제어하는 단극성 트랜지스터로, 높은 입력 임피던스를 가지는 특징이 있다.
1.2. MOSFET의 구조와 동작
MOSFET은 산화 실리콘을 사용하여 게이트와 채널을 격리시킨 형태를 갖는다. N형 반도체와 P형 반도체 재료의 채널 구성에 따라 N-MOSFET, P-MOSFET, C-MOSFET(N형 P형 모두 사용)으로 구분할 수 있고, 저항층 게이트 전계효과 트랜지스터 IGFET는 공핍형과 증가형으로도 나눌 수 있다.
MOSFET은 Source와 Drain 사이의 전자 이동 통로인 채널(Channel) 형성을 위해 금속(Metal)의 게이트 전압차를 조절하여 스위치(On/Off) 역할을 수행한다. 이때 게이트 금속에 있는 전자가 하단 기판으로 누설되는 것을 막기 위해 산화물(Oxide) 절연체가 게이트와 기판 사이에 위치해 있다.
게이트 전압 를 문턱 전압 보다 키우면 기판에 반전층이 형성되고, 의 크기를 계속 증가시키면 반전층의 두께가 두꺼워져 비로소 전자들이 이동할 수 있는 채널이 형성된다. MOSFET의 Drain 전류 를 많이 흐르게 하려면 Drain-Source 사이의 전압을 키워야 하지만, 드레인 전압의 증가는 채널의 길이를 감소시키기 때문에 가 를 넘지 못한다면 핀치오프(pinch-off)현상이 일어난다.
이처럼 드레인-소스 전압에 의해 채널의 길이를 변화시키는 현상을 Channel Length Modulation이라고 하며, 이는 드레인 전류가 너무 많이 흐르는 것을 방지해주기 때문에 어느 정도 높은 Drain 전압 이상에서는 가 포화되지 않고 일정한 상태를 유지하게 된다.
공핍형 D-MOSFET은 이미 형성된 채널 속에 공핍층을 생성하고 증가시켜 채널 폭을 서서히 좁히는 방식으로 최대 가 정해져 있어 를 약하게 조절하는데 초점이 맞춰진 MOSFET이다. 즉, 여도 이미 형성되어 있는 채널 때문에 기본적으로 전류가 흐를 수 있는 공핍형은 전류의 차단을 위한 게이트 역전압 제어를 통하여 스위치로 사용할 수 있다.
반면, 증가형 E-MOSFET은 채널이 없는 공백 상태에서 채널을 서서히 증가시켜 를 키우는 MOSFET이며, 상대적으로 공핍형보다 저렴하므로 현재 가장 많이 사용되고 있다. 증가형은 에 보다 큰 (+) 전압을 인가하면 채널 영역에 N형 반전층이 형성되어가 흐르게 된다.
1.3. JFET과 BJT의 차이점
JFET과 BJT의 근본적인 차이는 극성에 있다. BJT는 전자와 정공을 모두 반송자로 사용하는 쌍극성 접...
