MOSFET의 작동 방식

MOSFET의 작동 원리는 주로 독특한 구조적 특성과 전계 효과를 기반으로 합니다. 다음은 MOSFET의 작동 방식에 대한 자세한 설명입니다.

 

I. MOSFET의 기본 구조

MOSFET은 주로 게이트(G), 소스(S), 드레인(D), 기판(B, 때로는 소스에 연결되어 3단자 장치를 형성함)으로 구성됩니다. N 채널 향상 MOSFET에서 기판은 일반적으로 두 개의 고도핑된 N형 영역이 각각 소스와 드레인 역할을 하도록 제작된 저농도 P형 실리콘 재료입니다. P형 기판의 표면은 매우 얇은 산화막(이산화규소)을 절연층으로 덮고, 게이트 역할을 하는 전극이 그려져 있다. 이 구조는 게이트가 P형 반도체 기판, 드레인, 소스와 절연되어 있으므로 절연 게이트 전계 효과관이라고도 합니다.

II. 작동 원리

MOSFET은 게이트 소스 전압(VGS)을 사용하여 드레인 전류(ID)를 제어함으로써 작동합니다. 구체적으로, 인가된 양의 게이트 소스 전압 VGS가 0보다 크면 게이트 아래의 산화물 층에 위쪽 양의 전기장과 아래쪽 음의 전기장이 나타날 것입니다. 이 전기장은 P 영역의 자유 전자를 끌어당겨 산화물 층 아래에 ​​축적되게 하고 P 영역의 정공을 밀어냅니다. VGS가 증가할수록 전기장의 세기가 증가하고, 끌어당겨진 자유전자의 농도가 증가한다. VGS가 특정 임계 전압(VT)에 도달하면 해당 영역에 모인 자유 전자의 농도가 충분히 커져 새로운 N형 영역(N채널)이 형성되며, 이는 드레인과 소스를 연결하는 브리지 역할을 합니다. 이때, 드레인과 소스 사이에 일정한 구동전압(VDS)이 존재하면 드레인 전류(ID)가 흐르기 시작한다.

III. 지휘채널의 형성과 변화

전도성 채널의 형성은 MOSFET 작동의 핵심입니다. VGS가 VT보다 크면 전도 채널이 설정되고 드레인 전류 ID는 VGS와 VDS 모두의 영향을 받습니다. VGS는 전도 채널의 폭과 모양을 제어하여 ID에 영향을 미치는 반면, VDS는 구동 전압으로 ID에 직접 영향을 미칩니다. 전도 채널이 설정되지 않은 경우(즉, VGS가 VT보다 작은 경우) VDS가 존재하더라도 드레인 전류 ID가 나타나지 않는다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.

IV. MOSFET의 특성

높은 입력 임피던스:MOSFET의 입력 임피던스는 게이트와 소스-드레인 영역 사이에 절연층이 있고 게이트 전류가 약하기 때문에 무한대에 가깝게 매우 높습니다.

낮은 출력 임피던스:MOSFET은 소스-드레인 전류가 입력 전압에 따라 변할 수 있는 전압 제어 장치이므로 출력 임피던스가 작습니다.

일정한 흐름:포화 영역에서 작동할 때 MOSFET의 전류는 소스-드레인 전압 변화에 거의 영향을 받지 않아 탁월한 정전류를 제공합니다.

 

우수한 온도 안정성:MOSFET은 -55°C ~ 약 +150°C의 넓은 작동 온도 범위를 갖습니다.

V. 적용 및 분류

MOSFET은 디지털 회로, 아날로그 회로, 전력 회로 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 동작 유형에 따라 MOSFET은 강화 유형과 공핍 유형으로 분류될 수 있습니다. 전도 채널의 종류에 따라 N채널과 P채널로 분류할 수 있습니다. 이러한 다양한 유형의 MOSFET은 다양한 애플리케이션 시나리오에서 고유한 장점을 가지고 있습니다.

요약하면, MOSFET의 작동 원리는 게이트 소스 전압을 통해 전도성 채널의 형성과 변화를 제어하고, 이는 차례로 드레인 전류의 흐름을 제어하는 ​​것입니다. 높은 입력 임피던스, 낮은 출력 임피던스, 정전류 및 온도 안정성으로 인해 MOSFET은 전자 회로에서 중요한 구성 요소가 됩니다.