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1. 증가형 MOSFET의 단자 특성과 바이어싱
1.1. 증가형 MOSFET의 물리적인 구조와 회로 기호
증가형 MOSFET의 물리적인 구조와 회로 기호는 다음과 같다.
증가형 MOSFET는 p형 기판 위에 제조되는데, 여기서 p형 기판은 소자(집적 회로인 경우에는 모든 회로)의 지지대 역할을 하는 단결정 실리콘 웨이퍼이다. 고농도로 도핑된 두 개의 n영역이 기판에 만들어져 있는데, 이 영역이 소스(source)와 드레인(drain) 영역이다. 기판의 표면 위에는 전기적인 절연 특성이 양호한 얇은 이산화 실리콘(SiO2) 층이 성장되어 있으며, 이 층 위에 금속이 증착되어 소자의 게이트 전극(gate electrode)을 형성하고 있다. 따라서 이 소자는 네 개의 단자, 즉 게이트 단자(G), 소스 단자(S), 드레인 단자(D) 및 기판 또는 몸체 단자(B)를 갖는다.
기판과 소스 및 드레인 영역 사이에는 pn접합이 형성되며, 이 pn접합들은 항상 역방향 바이어스되어 있어야 한다. 따라서 일반적으로 기판 단자를 소스 단자에 접속시켜 두 pn접합을 효과적으로 차단할 수 있다. 이처럼 MOSFET는 게이트(G), 소스(S), 드레인(D)의 세 단자를 갖는 3단자 소자로 취급된다.
게이트에 인가되는 전압에 따라 소스와 드레인 사이의 전류 흐름이 제어되는데, 이 전류는 채널(channel) 영역을 통해 드레인으로부터 소스를 향해 가로 방향으로 흐른다. 이 채널 영역은 길이 L과 폭 W를 가지고 있으며, 전형적으로 L은 1~10 µm, W는 2~500 µm 범위 내에 있다.
한편, p채널 증가형 MOSFET(PMOS)는 드레인과 소스 영역을 p+로 하여 n형 기판에 제작되며, 전하 캐리어는 정공이다. 증가형 NMOS와 PMOS 트랜지스터를 동시에 제조하는 반도체 공정 기술을 상보형 MOS(complementary MOS) 또는 CMOS 기술이라고 한다.
따라서 증가형 MOSFET의 물리적인 구조는 p형 기판 위에 n형 소스와 드레인이 형성되어 있고, 게이트 전극이 절연체를 사이에 두고 있다는 것을 알 수 있다. 또한 회로 기호에서는 게이트 단자 선을 드레인보다 소스에 더 가깝게 그려 소스와 드레인을 구별하고 있다.
1.2. 증가형 MOSFET의 동작 모드
증가형 MOSFET는 게이트와 소스 사이의 전압 VGS와 드레인과 소스 사이의 전압 VDS에 따라 다음과 같은 세 가지 동작 모드로 작동한다.
차단 모드(Cutoff Mode)
VGS < Vt일 때, 즉 게이트-소스 전압이 문턱전압보다 작을 경우 MOSFET는 차단 모드로 동작한다. 이 경우 채널이 형성되지 않아 드레인...
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