Chapter #7 The MOSFET - The MOS Capacitor

Field Effect Transistor

• Electric Field를 이용해 channel을 조절 (저항을 조절)
• MOSFET
  • Metal - Oxide - Semiconductor Field - Effect Transistor
  • metal에 가해준 electric field를 갖고 채널을 조절해 동작하는 device
  • 외부전압? 1) Vg 2) Vds(source와 drain의 전위차를 이용해 생성

 

 

 

 

• p-type 반도체 → 전자들을 고정되어 있지만 hole들이 움직일 수 있다. 즉, carrier는 hole임

 

 

 

 

(공핍영역)

• 도핑을 많이 한 쪽의 반대편 (즉, 도핑을 적게 한 쪽)의 공핍영역이 커짐
• fix된 charge들로 인해 생기는 내부 전계

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

→ 전자가 뛰어넘어야 할 장벽을 낮춰줌

 

 

 

 

 

 

→ 기울여준다고 생각하자

 

 

 

 

The MOS Capacitor

• MOSFET에는 Capacitor의 원리가 사용된다.

→ capacitor는 전기장에 전기 에너지를 저장하는 장치이다. capacitor는 비전도성 영역으로 분리된 두 도체로 구성된다. 비전도성 영역은 진공 또는 유전체로 알려진 전기 절연체 물질일 수 있다. 이상적인 capacitor는 각 도체의 양전하 또는 음전하 Q와 그 사이의 전압 V의 비율로 정의되는 capacitance C로 정의할 수 있다.

cf) voltage와 electric field는 미적분 관계이다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

→ 평형상태 아님! WHY? : 페르미 레벨이 안맞음

힘을 가하면 oxide와 semiconductor 모두 휘어짐

 

→ gate voltage를 조절한다? : metal을 위아래로 올렸다가 내렸다 하는 것이라고 생각하자

 

 

 

 

• Gate 전극 - 반도체 + charge
• 점차 + charge를 없앰 → capacitor가 한층 더 생긴 것 처럼 행동
• 하나의 cap

 

 

 

 

• 결국 가장 중요한 요소는 doping 농도임

• Depletion영역과 Weak inversion영역은 마치 cap이 2개인 것 처럼 보이는 현상이 발생한다
  • Cap의 갯수가 많아지면 capacitance의 값이 줄어들게 됨
• Strong inversion 영역까지 오면 low frequency냐 high frequency냐에 따라 capacitance가 달라지게 되는데 low frequency일 경우에는 전자가 channel 안으로 들어간 것처럼 보이는 시간이 충분하기 때문에 cap이 하나인 것처럼 보이지만, high frequency일 경우에는 전자가 channel 안으로 들어왔다고 인식하기 전에 상태를 바꿔 여전히 cap이 2개인 것처럼 보인다.