MOSFET - 위키백과, 우리 모두의 백과사전 MOSFET 위키백과, 우리 모두의 백과사전. ( 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터에서 넘어옴 ) 둘러보기로 가기 검색하러 가기 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터 ( MOS field - effect transistor ) 는 디지털 회로와 아날로그 회로에서 가장 일반적인 전계효과 트랜지스터 ( FET ) 이다. 줄여서 MOSFET ( 한국어 : 모스펫 ) 이라고도 한다. 모스펫은 N형 반도체나 P형 반도체 재료 ( 반도체소자 참조 ) 의 채널로 구성되어 있고, 이 재료에 따라서 크게 엔모스펫 ( NMOSFET ) 나 피모스펫 ( PMOSFET ), 두 가지를 모두 가진 소자를 씨모스펫 ( cMOSFET, complementary MOSFET ) 으로 분류한다. ( 또한 일반적으로 nMOSFET, pMOSFET, NMOS FET, PMOS FET, nMOS FET, p - MOS FET. etc.. 라고도 함 ) MOS : metal - oxide - semiconductor 금속 산화막이란 이름이 붙은 것은 초기에 게이트로 금속을 이용하였기 때문이나, 현재는 폴리실리콘 게이트를 사용하여 금속이란 이름은 그저
스터와 모스펫을 하나의 소자로 통합하는게 존재하며, 이런 혼합된 트랜지스터 소자가 하나의 BJT - FET를 포함하는 경우에는 양극성 전계효과 트랜지스터 ( Biplar - FET, Bi - FET ) 라고 부르며 상보성 BJT - FET를 포함하는 경우에는 양극성 시모스 ( Biplar - CMOS, BiCMOS ) 라고 부른다. 이 소자는 절연체 게이트와 고밀도 전류라는 이점을 모두 제공한다. 접합형 트랜지스터는 어떤 디지털 회로에서는 모스펫을 뛰어넘는 장점이 있다. 접합형 트랜지스터는 디지털 동작에서 적어도 두 가지 일을 더 잘한다. 첫 번째는 고속 스위칭이다. 왜냐하면 게이트에 " 큰 " 전기용량을 가지고 있지 않아서 채널의 저항과 곱하면 작은 고유 시간상수 ( T = RC ) 를 주기 때문이다. 고주파 신호를 차단하기 때문에 고유 시간상수는 모스펫이 동작하는 속도의 한계를 정한다. 채널을 넓히면 채널의 저항이 줄어들지만 정확히 동일한 양만큼 전기용량이 커진다. 채널 너비의 감소는 저항이 커지고 동일한 양만큼 전기용량이 작아진다. R * C = Tc1, 0. 5R * 2C = Tc1, 2R * 0.
공정 변이 [ 편집 ] 모스펫이 소형화되면서 다양한 트랜지스터 특징을 만들어내는 실리콘 원자의 수는 적어졌다. 칩을 제조하는 동안 일어나는 무작위의 공정 변이는 트랜지스터의 크기에 영향을 미칠 수 있는데, 트랜지스터가 소형화되면서 트랜지스터 전체 크기의 상당부분을 차지한다. 트랜지스터 특성이 덜 결정적으로 되고 더 통계적으로 된다. 이 통계적 변이는 설계의 어려움을 증가시킨다. 모스펫 구성 [ 편집 ] 게이트 재료 [ 편집 ] 게이트 금속의 첫 번째 기준은 좋은 전도이다. 고농도 도핑된 폴리실리콘은 수용가능하지만 확실히 이상적인 전도체는 아니고 이것 역시 표준 게이트 물질의 역할에서 약간의 기술적 결함으로 힘들다. 그럼에도 불구하고 게이트 재료로 폴리실리콘의 사용은 몇 가지 좋은 이유가 있다 : 문턱전압 ( 과 동시에 드레인 - 소스 온전류 ) 은 게이트 물질과 채널 물질사이의 일 함수 차이에 의하여 조정된다. 왜냐하면 폴리실리콘은 반도체이고 이것의 일 함수는 도핑의 형태와 수준을 조정해서 변형될 수 있기 때문이다. 더욱 폴리실리콘은 기본적인 실리콘 채널과 동일한 띠틈이고 일 함수를 조정하는 꽤 직접적인 방법이여서 엔모스와 피모스 소자에게 문턱전압을 낮게 한다. 상대
- oxide - semiconductor 금속 산화막이란 이름이 붙은 것은 초기에 게이트로 금속을 이용하였기 때문이나, 현재는 폴리실리콘 게이트를 사용하여 금속이란 이름은 그저 관습적인 표현이 되었다. 저항층 게이트 전계효과 트랜지스터 ( insulated - gate field - effect transistor, IGFET ) 는 모스펫과 거의 동의어이며 산화되지 않은 게이트 저항층을 갖는 전계효과 트랜지스터를 가리킨다. 폴리실리콘 게이트를 갖는 소자를 가리킬 때 " IGFET " 의 사용을 선호하지만, 아직도 대부분은 모스펫이라고 부른다. 일반적으로 사용된 반도체는 실리콘이지만 잘 알려진 IBM같은 어떤 칩 제조사는 모스펫 채널에 실리콘과 게르마늄 ( SiGe ) 의 혼합을 사용하기 시작했다. 불행하게도 갈륨비소같이 실리콘보다 전기적 특성이 좋은 대다수의 반도체는 좋은 게이트 산화물을 형성하지 않고 이것은 모스펫에 적합하지 않다. 게이트 터미널은 채널에 위치한 폴리실리콘 ( 다결정 실리콘 ; 게이트에 폴리실리콘이 쓰이는 이유는 아래의 게이트 항목을 참조할 것 ) 의 레이어이지만 전통적인 이산화 실리콘의 저항층 박막에 의하여 채널로부터 분리되었고
리콘 ( 다결정 실리콘 ; 게이트에 폴리실리콘이 쓰이는 이유는 아래의 게이트 항목을 참조할 것 ) 의 레이어이지만 전통적인 이산화 실리콘의 저항층 박막에 의하여 채널로부터 분리되었고 더 진보된 기술은 산소질화 실리콘을 사용하였다. 전압이 게이트와 소스 터미널 사이에 인가됐을 때 생성된 전계는 산화층을 관통하고 채널 아래에 소위 " 역채널 " 을 생성한다. 역채널은 소스와 드레인처럼 P형이나 N형 동일한 형태여서 전류가 통과할 수 있는 전선관을 제공한다. 게이트와 바디사이의 전압을 다양하게 변화하는 것은 이 레이어의 전도를 조절하고 드레인과 소스 사이의 전류 흐름을 제어할 수 있게 한다. 테스트 패턴에 있는 두 개의 모스펫의 현미경사진. 두 개의 게이트와 세 개의 소스 / 드레인 절을 위한 프로브 패드는 라벨이 있다. 나노선 ( nanowire ) MOSFET에서 반전 ( inversion ) 채널 ( 전자밀도 ) 의 형성과 문턱 전압의 달성 ( IV ) 에 대한 시뮬레이션 결과. 이 소자의 문턱 전압은 0. 45V 근처이다. [ 1 ] 목차 1 회로 기호 2 모스펫 동작 2. 1 금속 산화막 반도체 구조 2. 2 모스펫 구조 2. 3 동작 종류 2. 4 몸체 효과 3 모스펫
기 때문이다. 더욱 폴리실리콘은 기본적인 실리콘 채널과 동일한 띠틈이고 일 함수를 조정하는 꽤 직접적인 방법이여서 엔모스와 피모스 소자에게 문턱전압을 낮게 한다. 상대적으로 금속의 일 함수는 쉽게 조정되지 않아서 낮은 문턱전압을 얻기 위해 일 함수를 조정하는 것은 중요한 도전이 된다. 추가로 피모스와 엔모스 소자에서 낮은 문턱소자를 얻는 것은 추가적인 복잡한 제조 공정을 포함하여 각 소자형태에 다른 금속의 사용을 요구할 것이다. 실리콘 SiO2 경계막은 연구되고 있고 관련된 몇 가지 결점을 지닌 것으로 알려진다. 상대적으로 많은 금속 절연체 경계막은 결점의 중요한 준위를 포함하여 페르미 준위 고정, 충전, 궁극적으로 소자성능을 떨어뜨리는 현상을 일으킨다. 모스펫 집적회로 제조 공정에서 고성능 트랜지스터를 만들기 위해서 확실한 고온단계 이전에 게이트 물질을 증착하는 편이 바람직하다. 어떤 금속은 고온단계에서 녹기 때문에 메탈 - 게이트 공정 기반에 사용하는 금속의 종류는 제한된다. 폴리실리콘 게이트가 지난 20년간 사실상 표준인 동안에 몇 가지 단점이 있어서 금속 게이트나 미래의 다른 물질로 대체할 수 있다. 이런 단점은 다음
사용하는 금속의 종류는 제한된다. 폴리실리콘 게이트가 지난 20년간 사실상 표준인 동안에 몇 가지 단점이 있어서 금속 게이트나 미래의 다른 물질로 대체할 수 있다. 이런 단점은 다음과 같다 : 폴리실리콘은 좋은 전도체가 아니어서 ( 대략 금속보다 1000배 더 큰 저항 ) 물질을 통과하는 신호의 전파속도를 감소시킨다. 저항값은 도핑의 단계를 증가시켜서 낮출 수 있지만 도핑된 폴리실리콘은 대부분의 금속처럼 전도되는 것은 아니다. 더 전도력을 향상시키기 위해 가끔씩 텅스텐, 티타늄, 코발트, 최근에는 니켈같은 고온금속은 폴리실리콘의 상위막으로 합금된다. 이렇게 혼합된 물질은 규화물이라고 부른다. 규화 폴리실리콘의 조합은 단독 폴리실리콘보다 전기적특성이 좋고 여전히 수반하는 공정에서 녹지 않는다. 또한 문턱전압은 단독 폴리실리콘보다 특별히 높지 않는다. 왜냐하면 규소 화합물은 채널 근처에 없기 때문이다. 공정에서 질화물 ( 실리사이드 ) 는 게이트 전극과 소스를 형성하는 것이고 드레인 영역은 살리사이드 ( self - aligned silicide, salicide ) 라고 부른다. 트랜지스터가
전계효과 트랜지스터의 채널 폭을 줄여서 전기용량을 감소시킴으로써 2차 시간상수를 최소화할 수 있다. 이것은 인가하는 전계효과 트랜지스터의 전기용량을 증가시키고 인가되는 전계효과 트랜지스터의 저항을 증가시키는 단점이 있지만 일반적으로 이런 단점은 타이밍 문제와 비교했을 때 작은 문제이다. 접합형 트랜지스터는 다른 게이트를 인가하는 것이 좋다. 왜냐하면 모스펫보다 더 큰 전류를 출력할 수 있어서 전계효과 트랜지스터에 빠르게 전하를 인가하는 것이 가능하기 때문이다. 많은 칩은 모스펫 입력과 양극성 시모스 ( 한절위 참조 ) 출력을 사용한다. 모스펫 축소 [ 편집 ] 지난 수십 년간 모스펫의 크기가 지속적으로 감소되었다 ; 일반적으로 모스펫 채널 길이는 한 몇 마이크로미터였지만 현대의 집적 회로는 0. 1 마이크로미터보다 더 작은 채널길이를 갖는 모스펫이 쓰인다. 실제로 인텔은 2006년에 65 nm 최소 배선폭 ( 심지어 채널은 더 짧음 ) 을 지니는 공정의 생산을 시작했다. 1990년대 후반까지 이 크기 축소는 단점없이 모스펫 동작을 크게 개선하게 되었다. 역사적으로 모스펫 크기를 줄이는 데에 어려움은 반도체소자 제조
소자의 문턱 전압은 0. 45V 근처이다. [ 1 ] 목차 1 회로 기호 2 모스펫 동작 2. 1 금속 산화막 반도체 구조 2. 2 모스펫 구조 2. 3 동작 종류 2. 4 몸체 효과 3 모스펫의 우수성 3. 1 디지털 3. 2 아날로그 4 모스펫 축소 4. 1 모스펫 축소의 이유 4. 2 모스펫 축소 때문에 발생하는 어려움 4. 2. 1 문턱아래 전도 4. 2. 2 상호연결 전기용량 4. 2. 3 열 발생 4. 2. 4 게이트 산화물 누설 4. 2. 5 공정 변이 5 모스펫 구성 5. 1 게이트 재료 6 다른 모스펫 종류 6. 1 이중 게이트 모스펫 6. 2 공핍형 모스펫 6. 3 엔모스 논리 6. 4 전력 모스펫 6. 5 디모스 7 모스펫 아날로그 스위치 7. 1 단독형 모스펫 스위치 7. 2 이중형 ( 시모스 ) 모스펫 스위치 8 참조 9 외부 링크 회로 기호 [ 편집 ] 다양한 기호가 모스펫에 사용된다. 기초적인 모양은 일반적으로 직각으로 남겨져서 채널과 같은 방향으로 구부러진 소스와 드레인을 갖는 채널을 나타내는 선이다. 가끔 끊어진 선은 증가형과 공핍형을 위한 고체에 사용되지만 그림의 끊어진 선의 어색함은 이 구분이 종종 무시된다는 것을 의미한다. 다른 선은 게이트로 채널에 평행하게
는 전력 모스펫은 특별히 가치있다. 이것은 최상급 오디오 증폭기에 주로 사용된다. 장점은 포화영역 ( 접합형 트랜지스터의 선형영역과 일치됨 ) 에서 수직형 모스펫보다 좋은 특성이다. 수직형 모스펫은 스위칭 응용에 설계되어서 통과와 차단상태에만 사용된다. 디모스 [ 편집 ] 디모스는 이중으로 확산된 금속 산화막 반도체 ( double - Diffused Metal Oxide Semiconductor ) 의 줄인말이다. 대부분의 전력 MOSFET은 이 기술을 이용하여 만든다. 모스펫 아날로그 스위치 [ 편집 ] 모스펫 아날로그 스위치는 온일때 아날로그 신호를 통과시키는 낮은저항 스위치같이 모스펫 채널을 사용하고 차단일때 높은 임피던스같이 모스펫 채널을 사용한다. 신호는 모스펫 스위치를 교차하여 양쪽 방향으로 흐른다. 이 응용에서 모스펫의 드레인과 소스는 게이트와 비교한 각 전극의 전압에 따라서 위치를 서로 교환한다. 집적 다이오드가 존재하지않는 간단한 모스펫에서 소스는 엔모스에서 좀 더 음의 측이고 피모스에서 좀 더 양의 측이다. 모든 이런 스위치는 게이트 - 소스, 게이트 - 드레인, 소스 - 드레인 전압에 의하여 어떤신호가 통과할지 차단할지가 제한되다 ; 초과된 제한전
금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(영어: metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)는 디지털 회로와 아날로그 회로에서 가장 일반적인 전계효과 트랜지스터 (FET)이다. 줄여서 MOSFET(한국어: 모스펫)이라고도 한다. 모스펫은 N형 반도체나 P형 반도체 재료 (반도체소자 참조)의 채널로 구성되어 있고, 이 재료에 따라서 크게 엔모스펫 (NMOSFET)나 피모스펫 (PMOSFET), 두 가지를 모두 가진 소자를 씨모스펫(cMOSFET, complementary MOSFET)으로 분류한다. (또한 일반적으로 nMOSFET, pMOSFET, NMOS FET, PMOS FET, nMOS FET, p-MOS FET. etc..라고도 함) MOS : metal-oxide-semiconductor금속 산화막이란 이름이 붙은 것은 초기에 게이트로 금속을 이용하였기 때문이나, 현재는 폴리실리콘 게이트를 사용하여 금속이란 이름은 그저 관습적인 표현이 되었다. 저항층 게이트 전계효과 트랜지스터(insulated-gate field-effect transistor, IGFET)는 모스펫과 거의 동의어이며 산화되지 않은 게이트 저항층을 갖는 전계효과 트랜지스터를 가리킨다. 폴리실리콘 게이트를 갖는 소자를 가리킬 때 "IGFET"의 사용을 선호하지만, 아직도 대부분은 모스펫이라고 부른다. 일반적으로 사용된 반도체는 실리콘이지만 잘 알려진 IBM같은 어떤 칩 제조사는 모스펫 채널에 실리콘과 게르마늄 (SiGe)의 혼합을 사용하기 시작했다. 불행하게도 갈륨비소같이 실리콘보다 전기적 특성이 좋은 대다수의 반도체는 좋은 게이트 산화물을 형성하지 않고 이것은 모스펫에 적합하지 않다. 게이트 터미널은 채널에 위치한 폴리실리콘 (다결정 실리콘; 게이트에 폴리실리콘이 쓰이는 이유는 아래의 게이트 항목을 참조할 것)의 레이어이지만 전통적인 이산화 실리콘의 저항층 박막에 의하여 채널로부터 분리되었고 더 진보된 기술은 산소질화 실리콘을 사용하였다. 전압이 게이트와 소스 터미널 사이에 인가됐을 때 생성된 전계는 산화층을 관통하고 채널 아래에 소위 "역채널"을 생성한다. 역채널은 소스와 드레인처럼 P형이나 N형 동일한 형태여서 전류가 통과할 수 있는 전선관을 제공한다. 게이트와 바디사이의 전압을 다양하게 변화하는 것은 이 레이어의 전도를 조절하고 드레인과 소스 사이의 전류 흐름을 제어할 수 있게 한다.