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1. MOSFET 개요
1.1. MOSFET 정의
MOSFET은 금속-산화물-반도체 전계효과 트랜지스터(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)의 약자로, 전계 효과를 이용하여 전류를 조절할 수 있는 전자 소자이다. MOSFET은 게이트(Gate), 소스(Source), 드레인(Drain), 그리고 기판(Substrate)의 4단자로 구성되어 있으며, 게이트 전압에 따라 소스와 드레인 사이의 전류를 조절할 수 있는 특성을 가진다. MOSFET은 다양한 전자 회로에서 증폭기, 스위치, 논리 게이트 등의 핵심 소자로 널리 사용되고 있다.
1.2. MOSFET의 구조
MOSFET의 구조는 크게 소스(Source), 드레인(Drain), 게이트(Gate), 기판(Substrate)으로 구성되어 있다. MOSFET의 구조를 살펴보면 다음과 같다.
소스(Source)와 드레인(Drain)은 N+로 강하게 도핑된 영역으로, 전자가 많이 존재한다. 이들 사이에는 P형 기판이 존재한다. 게이트(Gate)는 산화막으로 분리된 금속 또는 폴리실리콘 층으로 구성되어 있다. 게이트와 기판 사이에 전압이 인가되면, 기판 표면에 전자 또는 정공이 유도되어 채널(Channel)이 형성된다.
MOSFET에서 채널은 소스와 드레인 사이에 존재하는 통로로, 전자나 정공이 흐를 수 있는 영역을 말한다. 채널의 길이와 폭은 MOSFET의 특성을 결정하는 중요한 요소이다.
채널 길이(Channel Length, L)는 소스와 드레인 사이의 거리를 나타내며, 채널 폭(Channel Width, W)은 소스와 드레인의 폭을 의미한다. 이러한 채널 길이와 폭은 MOSFET의 동작 특성에 큰 영향을 미친다.
따라서 MOSFET의 구조는 소스, 드레인, 게이트, 기판 등의 요소로 구성되어 있으며, 이 중 채널이 핵심적인 역할을 수행한다고 할 수 있다.
1.3. MOSFET의 동작 원리
MOSFET의 동작 원리는 다음과 같다.
MOSFET은 금속(Metal), 산화물(Oxide), 반도체(Semiconductor)로 이루어진 전계 효과 트랜지스터로, 게이트(Gate)에 전압을 인가하여 채널(Channel)을 제어함으로써 전류를 조절할 수 있다. 기판(Substrate) 위에 소스(Source)와 드레인(Drain) 영역이 형성되고, 이 사이에 채널이 존재한다. 게이트에 전압이 인가되면 전기장이 형성되어 기판의 정공(Hole)이 밀려나고 전자(Electron)가 유도되어 반전층(Inversion Layer)이 형성된다. 이 반전층이 채널 역할을 하여 소스에서 드레인으로 전자가 이동할 수 있게 된다.
게이트 전압이 문턱전압(Threshold Voltage) 이하일 때는 채널이 형성되지 않아 전류가 흐르지 않는 차단 상태(Cut-off)가 된다. 하지만 문턱전압 이상의 전압이 인가되면 강한 반전층이 형성되어 전자가 소스에서 드레인으로 이동할 수 있게 되어 전류가 흐르는 도통 상태가 된다. 이때 드레인-소스 간 전압(VDS)이 증가하면 채널 길이가 줄어드는 채널 길이 변조(Channel Length Modulation) 현상이 발생하여 드레인 전류(ID)가 포화되는 포화 영역에 도달하게 된다.
요약하면, MOSFET은 게이트 전압에 따라 채널이 형성, 차단되어 전류를 제어할 수 있는 전계 효과 트랜지스터로, 문턱전압 이상의 전압이 인가되면 반전층이 생성되어 소스-드레인 간 전자 이동이 가능해져 전류가 흐르게 된다는 ...
