JFET MOSFET

소개글

JFET MOSFET에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. JFET(Junction Field Effect Transistor)
(1) JFET의 기본적인 구조
(2) 동작원리 및 출력특성
① N-channel JFET의 동작원리
② P-channel FET의 동작원리

2. MOS-FET(Metal Oxide Semiconductor FET, 금속 산화막 반도체 FET)
(1) 기본구조
(2) 동작원리
① VGS < Vth (Cut-off or sub-threshold )일때
② VGS > Vth 및 VDS < VGS - Vth (Triode or linear region )일때
③ VGS > Vth 및 VDS > VGS - Vth (포화)일때
④ 전압을 가하는 법과 흐르는 전류
⑤ 채널 내부에서의 전자의 움직임
(3) JFET 와 MOSFET의 차이점
① 구조적
② 기능적

본문내용

이를 약 반전 전류(weak-inversion current), 또는 역치하 누설(sub-threshold leakage)이라 한다.
<그림 14 VGS - Vth 따른 drain-to-source 전압과 drain 전류 사이관계>
② VGS > Vth 및 VDS < VGS - Vth (Triode or linear region )일때
트랜지스터는 켜지고, drain 과 source 사이에 전류가 흐를 수 있는 channel이 형성된다. MOSFET는 문턱 전압에 의해 제어된 저항기와 같이 작동한다. drain에서 source에 전류(ID)는 다음 식과 같다.
<μn : charge-carrier mobility, W : gate width, L : gate length, Cox : capacitance at the gate>
<그림15 linear region일때 MOS-FET의 단면>
③ VGS > Vth 및 VDS > VGS - Vth (포화)일때
스위치는 켜지고, drain 과 source 사이에 전류가 흐를 수 있는 channel이 형성된다. drain 전압이 문턱 전압 보다는 더 높기 때문에, channel의 부분은 off 된다. 이것을 pinch-off라 한다. drain 전류는 일차 근사적으로 drain 전압에 독립적인 관계이고, 전류는 문턱 전압에 의해서만 제어 된다 즉 전류(ID)는 다음 식과 같다.
<그림16 포화일때 MOS-FET의 단면>
④ 전압을 가하는 법과 흐르는 전류
접합형의 경우와 같이 VDS 가 어떤 값 이상으로 커지면 VGS 전압만으로 드레인 전류 ID 가 제어된다.
(a) MOS-FET에 가해지는 전압 (b) 전압-전류의 관계
<그림17 MOS-FET에 가해지는 전압과 전압-전류의 관계>
⑤ 채널 내부에서의 전자의 움직임
VGS 를 변화시킴으로써 VDS 에 영향을 받지 않고 채널을 변화시켜 ID 를 제어할 수 있다.
<그림18 MOS-FET의 채널 내부전자>
※참고
ⓐ 공핍형
절연 게이트형(MOS형)FET는 게이트 전압 VGS가 가해짐에 따라 미리 형성된 채널을 좁 혀서 드레인 전류 ID 를 감소시키는 특성을 가지고 있으므로 공핍형이라 한다.
ⓑ 증가형
VGS를 가하지 않았을 때는 채널이 형성되지 않고, VGS 를 가함으로써 채널이 형성되게 하여, VGS 를 크게 함에 따라 채널이 넓어져 ID 가 증가하도록 만든 것을 증가형 이라 한다.
(3) JFET 와 MOSFET의 차이점
① 구조적
② 기능적
JFET는 게이트의 전압이 0V일때 드레인 전류가 관통하는 채널의 폭이 최대이기 때문에 상시개통(normally ON)'소자라고 한다. G-S의 pn 접합에 가한 역 바이어스의 크기가 클수록 채널의 유효폭이 줄어든다. 이와 같이 JFET는 제어를 통하여 드레인 전류를 감소시키는 방식으로 동작하므로 공핍형(D형, depletion-mode)소자라고 한다.
또한 JFET은 MOS-FET에 비해 negative feedback 에 의해 일정한 전류를 흐르게 하는데 더 좋다. Saturation region의 진입전압, drain-source 전압 이 MOS-FET이 더 크므로 constant current source 로 사용하기 위해 더 큰 전압이 필요하다.
MOS-FET는 구조적으로 공핍형 MOS-FET외에 증가형 MOS-FET가 더 가능하다.
증가형(E형, enhancement-mode)은 게이트의 전압이 0V일때 채널이 형성되지 않기 때문에 '상시 불통(normally OFF)'소자라고 부른다. 증가형 MOS-FET는 게이트의 전압이 문턱전압 Vtm이상으로 넘어서면서 닫혀 있던 채널 폭이 점점 열린다.
또한 MOS-FET 은 말 그대로 JFET 과는 달리 산화 절연막을 가지고 있다. 그렇게 때문에 큰 입력저항을 가지게 되고 gate 전류가 거의 흐르지 않는다. JFET은 Depletion-type 만이 존재하지만 MOS-FET는 Enhancement-type 까지 두 가지가 존재한다. 2차 항복이 없고, 안정적이며 열 폭주 현상이 없는 것도 좋은 점이다.
참고문헌
http://www.jsmyung.com/Library/JunctionFET.pdf
http://www.semipark.co.kr/semidoc/basic/jfet.asp
http://wireless.hannam.ac.kr/down/ch6-FET.pdf
http://www.oval.co.kr/service/attatch/transistor.pdf

키워드

JFET,   VDS,   VGB,   FET,   MOSFET