공부 노트 및 이모저모

1월 한 달 동안 다음 학기에 듣게 될 기초 반도체 강의를 미리 들어보았다. 아마 다음 학기 바쁠 것 같아.. 블로그 글 적으며 전체적인 느낌 한번 이해하고 넘어가고자 하는 목적으로 시작하였고 나름 괜찮았던 것 같다. 블로그 글을 정리하면서 부족한 부분들도 있었지만 일단은 당시에 이해한 부분들만 적고 추후 학기 시작하며 차근히 공부해 나아갈 때 오류가 있었던 것 같은 부분은 약간씩 수정을 해가며 다시 채워갈 계획을 생각 중이다. 이번 방학 기간 동안 목표였던 기초 반도체 한번 듣기를 기한 내에 잘 마칠 수 있어 만족스러웠고, 설 연휴 동안 꽤 푹 쉬어주었다. 이제 다음 목표였던 토익 + 신호 및 시스템 강의 한번 듣기를 실행할 것이다. 토익은 2/20일에 시험을 볼 예정이고 아마.. 지금 실력으론 드라마..

이번장에는 MOSFET의 실제 측정을 하기 위해 고려해야 하는 부분에 대해 알아보겠다. 1) Channel length modulation Channel에 존재하는 전자의 양은 Gate 전압에 의해 결정되고, 이 전자들이 depletion region을 지나 이동을 하여 전류가 흐른다. 그러므로 $V_{DS}$를 높여도 이동할 전자의 양은 Gate 전압에 의해 한정되어 있어 전류값이 증가하지 않게 된다. 이는 Gate의 길이가 $\Delta L$(depletion region) 보다 상대적으로 매우 크다는 가정을 해둔 상태이다. 이전에 배웠던 saturation에서의 Drain 전류 공식인 $I_{D(sat)} = \frac {\mu_{n} C_{ox}}{2}\frac {W}{L}(V_{GS}-V_{T}..

MOSFET에는 좋은 성능을 지니기 위해서 필요한 두 가지 특성이 있다. 1) High ON current 우리는 Gate에 전압을 인가하면 Drain 전류가 곧바로 응답하여 $I_{D}$가 발생하기를 원하지만, 실제로는 delay를 가지며 $I_{D}$가 발생한다. 이때 delay가 발생하는 것은 MOSFET내의 Capacitance 성분을 충전 후 동작이 발생하기에 RC delay가 일어난다. 그러므로 이 delay를 줄이기 위해 ON Current를 높여 Capacitance 성분 충전 속도 또한 빠르게 한다. 2) Low OFF current 이 사진은 $V_{G}$가 증가함에 따라 $I_{D}$에 대한 그래프를 나타낸 것이다. 이때 $V_{T}$이하의 구간은 너무 작아 $I_{D}$를 이용해 표..

지금까지의 MOSFET을 해석할 때 Body는 접지의 상황을 가정하였다. 실제 MOSFET에서 Source는 접지상태를 유지하지만, Body는 추가 전압 상태가 발생 가능하다. 그러므로 이번에는 $V_{B}$에 전압이 인가된 상황을 살펴보도록 하겠다. 다음 MOSFET사진에서 $V_{B} = -2V$의 전압이 인가된 상태이다. 이때 $V_{SB} = 2V$라고 적혀있는 것을 확인할 수 있다. 이는 $V_{S} - V_{B} = 2V$가 나온 것으로, $V_{B}$는 항상 reverse bias가 인가됨을 인지하자. 이 사진은 우리가 지금까지 계속 가정해왔던 Body가 접지에 인가된 상태이다. 다음 상태에서의 전하 $Q_{s} = Q_{dep}$를 갖고, $Q_{inv}$값은 거의 무시한다. $Q_{dep..

MOSFET는 MOS와 달리 Drain 전압을 가해줌으로써 Channel potential의 분포가 발생한다. 따라서 MOS의 inversion charge식인 $Q_{inv} = -C_{ox}(V_{T} - V_{T}) [C/cm^{2}]$에서 Channel Potential 이 포함된 값으로 수식 전개를 시켜주면 MOSFET의 inversion charge식이 나오게 된다. $Q_{inv} = -C_{ox}(V_{GS} - V_{C}(x) - V_{T}) [C/cm^{2}]$ (MOSFET의 inversion charge) 이렇게 얻은 $Q_{inv}$을 통해 이상적인 I - V model을 살펴보자. 우선 몇 가지 상황을 가정하고 넘어가 보면, 1) $V_{G} > V_{T}$인 Channel 형성..

이전에 배웠던 MOS의 동작 방식에서 $V_{G}(V_{GB}) V_{T}$ 는 channel이 형성되는 것을 확인하였었다. $V_{GB}$는 모든 surface 영역에 대해 일정한 값을 지니며, 동작 모드도 동일하게 바뀐다. MOSFET 또한 MOS와 비슷하게 동작을 한다. 다만, Gate와 Source & Drain 사이에 수직 하게 걸리는 전압차가 위치에 따라 상이하여 동작 모드가 변할 수 있다. ($V_{GS}$ = $V_{G} - V_{S}$ , $V_{GD}$ = $V_{G} - V_{D}$) 예를 들어, $V_{GS} > V_{T}$이고 $V_{GD} < V_{T}$라고 ..

이제는 MOSFET에 관해 알아보도록 하겠다. MOSFET : Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor 여기서 Field는 E-field인 전기장을 이야기하고, Transistor는 (transfer + resistor를 결합한 단어) 저항값을 바꾸기가 가능하다. MOSFET는 Source , Gate , Drain , Body 4개의 전극을 지녔다. 동작 방법은 전자가 Source에서 Drain으로 이동을 하며 사이에 전류를 발생시킨다. 이렇게 발생한 전류값은 $V_{G}$를 통해 E-field값 조절이 가능하다. MOSFET는 $V_{G}$전압값을 조절하여 총 3가지의 모드로 표현이 되는데, 이는 MOS 에서와 비슷하게 해석이 가능하다. 1) Accum..

지금까지의 내용은 모두 이상적인 상황에서의 C - V를 살펴본 것이다. 그렇다면 비이상적 효과들을 모두 고려하였을 때 실제 상황에서는 어떻게 나올까? 결론부터 보자면 다음과 같이 나온다. 이는 이상적인 그래프에 비애 비교적 부드러운 그래프를 보인다. 이렇게 실제 그래프에서 차이가 생기는 이유는 무엇일까 1) Oxide Charge C-V특성에 영향을 주는 첫 번째는 Oxide 내의 Charge이다. 이상적인 부분에서 $V_{FB0} = \phi_{ms}$임을 확인하였지만 이때는 Oxide 내부의 Charge = 0 가정을 통해 문제를 해결하였다. 실제로는 Oxide 내부 Charge가 존재하기에 이를 고려하여 식을 전개하면 $V_{FB} = V_{FB0} + \Delta V_{ox}' = \phi_{ms..

이전까지는 MOS의 Gate에 DC 전압을 인가하였을 때 Capacitance 특성을 확인하였었다. 그렇다면 이번에는 AC small signal 변화에 따른 charge의 변화량도 살펴보자. 1) Accumulation 다음 사진에서 하얀 블록은 블록은 DC 전압에 의해 생성된 Charge이고, 검은 블록은 AC small signal에 의해 생성된 Charge이다. Accumulation에서는 gate에 어떤 small signal이 들어와도 oxide 양단에 $\Delta Q_{n}$ 만큼의 charge가 $\Delta Q_{acc}$에 대응하므로 Oxide에 의해서 capacitance 성분이 결정됨을 알 수 있다. ($C_{ox} = \frac {\varepsilon_{ox}}{t_{ox}}$)..

이번 장에서는 저번 포스팅에 나왔던 paramater들을 종합하여 MOS의 3가지 동작 모드를 보겠다. 1) $V_{G} = V_{FB}$ 다음 사진은 MOS 접합을 다이어그램으로 나타낸 것이다. 여기에 $V_{FB}$의 전압을 게이트에 걸어주면 $E_{F}$가 수평한 Flat band가 형성된다. (= E-field가 없음 = Charge가 없음) 따라서 surface potential 가 존재하지 않고, $V_{ox} = -\frac {Q_{s}}{C_{ox}}$ 이므로 전하가 존재하지 않기에 $V_{ox} = 0$이다. $V_{G} = \phi_{ms} + \phi_{s} + V_{ox}$ 의 수식에서 $V_{FB} = \phi_{ms}$ (ideally)로 정리가 되고, 이는 $\phi_{ms}$..