공부 노트 및 이모저모

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 $\phi_{ms}$..

본격적으로 들어가기 앞서 MOS에 등장하는 여러 파라미터들의 정의와 의미를 알아보도록 하자. 1) 실리콘에서의 Potential $\phi (x)$ 여기서 surface potential ($\phi_{s}$)는 oxide와 si 사이의 경계면(x = 0)에서 si 반도체의 $E_{i}$를 기준으로 휘어짐 정도의 값을 나타낸 값이다. 실리콘에서의 potential이 다음과 같이 분포하고 있을 때 전체 휘어짐의 정도가 $\phi_{s}$이다. 2) Depletion width MOS에서 oxide와 si 사이의 경계를 surface라고 이야기하였었다. 반대로 surface로부터 멀리 떨어진 지점을 bulk라고 부른다. 여기서 알아볼 정의는 $\phi_{fp}$. bulk에서 $E_{Fi} - E_{F}$의..

이번 장을 통해서 MOSFET에 대해 알아보도록 하겠다. 그에 앞서 MOS 구조를 먼저 이해해 보자. 우선 MOS 란 Metal - Oxide - Semiconductor로 이루어진 접합 물질로 위와 같은 구조를 지녔다. (2-terminal = 2개의 전극을 지님 , 상단에 $V_{G}$ , 하단에 $V_{sub}$ ) 검은 상단 부분 = Metal = 금속 혹은 도핑이 많이 된 Si의 사용도 무방하다. (Gate) $\varepsilon _{OX}$ = 절연체로 주로 $SiO_{2}$를 사용한다. 그 이유는 반도체 물질로서 사용하는 게 Si이고, 이 물질이 산화되었을 때 $SiO_{2}$가 나와 만들기 수월하기 때문이다. 하지만, 최근에는 더 좋은 Oxide 물질을 사용 중이다. 이때 $SiO_{2}..

이번 장에는 서로 다른 두 반도체 물질을 이용해서 접합을 만든 Hetero junction이 어떤 것인지, 어떤 것을 고려해야 하는지 에너지 밴드 다이어그램은 어떻게 형성되는지 간략하게 알아보겠다. 다음은 좁은 밴드갭 에너지와 넓은 밴드갭 에너지 사이의 관계들로 $E_g$이 서로 다른 두 물질 접합을 만들 때 원래 있던 $E_F$ 차이에 따라 서로 붙는 형태가 각자 다르게 형성된다. Hetero junction는 두 물질 간의 격자상수가 0.2% 이내로 들어오는 범위 내에서 형성되기에 격자상수는 매우 중요하다. 위의 사진은 격자 상수 간의 차이와 $E_{G}$ 를 나타낸 지표이다. 이를 토대로 Hetero junction을 형성하는데 필요한 물질들을 파악 가능한데, 이야기하였듯 격자 상수가 일치하는 물질..

이번 장에서는 Ohmic contact의 활용을 어떻게 하는지 알아보도록 하겠다. - Practical Ohmic contacts 다음 사진은 PMOS & NMOS 단면도이다. 단면도에서 회색으로 색칠된 부분은 모두 금속으로 처리되어 회로 내에 전기가 잘 흐르게 하는 것이다. 이런 금속 처리된 부분과 반도 체면이 맞닿아 있고 신호를 잘 전달하기 위해 Ohmic contacts 특성을 사용하길 원한다. MS junction에서 Ohmic contacts 이 되려는 조건은 이전 장들을 통해 확인하였다. 이러한 조건들과 물질별로 정리된 Work function을 이용하여 적절한 금속 선택후 MS junction 디자인을 통해 Ohmic contact 한 성분 제작이 가능하다. (이때 금속은 주로 한 가지 물질..

이전 포스팅에서는 Reverse bias 가 인가되었을 때의 수식에 대해 알아보았다. 반대로 이번에는 Forward bias가 인가되었을 때의 수식을 알아보자. 다음 사진과 같이 forward bias 가 인가된 ms junction의 전류 흐름은 금속에서 반도체 방향이며 pn junction 과는 다르게 majority carrier를 주된 성분으로 측정한다. 금속 -> 반도체의 경우 Schottky barrier에 의해 전자의 이동이 불가능하다. 그러므로 대부분의 전자들은 반도체 -> 금속으로 이동하여 전류의 흐름이 ->로 결정된다. 이렇게 forward bias로 인해 낮아진 에너지 장벽을 어떤 carrier가 반도체 -> 금속으로 뛰어넘을때 thermionic emission (열전자 방출)이 일..

MS junction에서 P-type, N-type에 따라, workfuction을 metal과 semicunductor 중 누가 더 높은지에 따라 두 가지 특성으로 나타낼 수 있었다. 그중 Ohminc의 경우 전류가 완만하게 잘 흐르기에 별도로 수식 전개의 필요가 없으므로 Rectifying (Blocking) 특성일 때의 수식을 전개해보도록 하겠다. 다음 사진은 zero bias 상태인 ms junction이다. 이때의 수식 해석은 pn junction과 큰 차이를 보이지 않는다. 먼저 해당 사진에서의 depletion region의 범위는 $0$ ~ $x_{n}$이고 이를 W라고 칭하겠다. 또한, pn junction에서와 마찬가지로 depletion region의 경계면은 무로 자른 듯 딱 떨어지..