[전자회로] 15. MOSFET의 전류, 전압 특성

1) 문턱 전압

 MOSFET은 게이트의 전압을 조절해 드레인과 소스 사이의 전류 흐름을 제어합니다.

게이트의 전압이 특정 전압보다 작으면 전류가 차단됩니다.

 

반대로 게이트의 전압이 특정 전압보다 크면 전류가 흐를수 있습니다.

 

MOSFET의 전류 차단을 결정하는 특정 전압은 V_TH 문턱 전압이라고 합니다.

 

문턱 전압은 반도체의 종류, 산화막의 두께, 도핑 농도 등에 따라 결정되는 상수입니다.

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2) MOSFET의 전류

 모스펫의 게이트는 전류가 흘러가는 길이라고 볼 수 있기 떄문에 저항과 비슷한 논리가 성립합니다.

 

게이트의 길이가 길수록 저항이 커지면서 전류의 크기가 작아질 것입니다.

 

게이트의 폭이 넓어지면 저항이 작아지면서 전류의 크기가 커질 것입니다.

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3) MOSFET의 전류 영역

 MOSFET은 게이트의 전압을 통해 소스와 드레인 사이의 전류를 제어합니다.

 

이때 채널은 게이트 전압, 소스 전압, 드레인 전압의 상대적인 크기 차이로 인해 형태가 변합니다.

 V_DS(드레인 전압 - 소스 전압)이 V_GS(게이트 전압 - 소스 전압)보다 작은 경우에는 V_DS가 증가할 수록 I_D(드레인 전류)가 증가합니다.

 

이 영역을 Triode region이라고 합니다.

 

 V_DS가 V_GS보다 큰 경우에는 I_D가 거의 변하지 않는 Saturation region이 나타납니다.

 V_G(게이트 전압)이 V_TH(문턱 전압)을 넘지 못하는 경우는 전류가 흐르지 못하고 Cut off region이라고 합니다.

 각 영역에서 전류의 크기는 위와 같이 구할 수 있습니다.

 

Triode region과 Saturation region은 V_DS가 V_GS - V_TH와 같아지는 지점을 기준으로 나누어 집니다.

 

따라서 두 영역의 전류식에 V_GS - V_TH를 넣었을 떄의 전류 값은 같은 것을 확인할 수 있습니다.

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4) Channel length modulation

 MOSFET은 드레인과 소스 사이에 채널이 형성되며 전류가 흐를 수 있다고 설명하였습니다.

 

만약 V_DS가 너무 크면 드레인쪽 전기장이 강해져 채널의 길이가 줄어드는 듯한 역할을 합니다.

 

위에서 설명한 내용에 따르면 V_DS가 커지면 Saturation region에 들어가면서 전류가 거의 바뀌지 않습니다.

 

하지만 채널의 길이가 줄어들면 전류의 크기가 커지기 떄문에 V_DS가 커짐에 따라 전류는 미세하게 증가합니다.

 

이를 Channel length modulation이라고 합니다.

 Channel length modulation을 적용하면 전류 그래프는 위와 같이 나타납니다.

 

Saturation region에서 전류가 미세하게 증가하는 형태를 보입니다.

 Channel length modulation을 적용하면 Saturation region에서의 전류식에 변화가 생깁니다.

 

Channel length modulation은 트랜지스터를 공부하며 언급했던 Early effect와 유사하게 고려해야하는 여부를 문제에서 알려주니 문제의 조건을 고려해 전류를 구해주면 됩니다.