#12 MOS Transistor

1. MOSFET

MOS 구조에 source와 drain이 추가된 것으로 FET 즉, Field Effect를 이용한 transistor이다.

 

만약 inversion layer가 전자면 N-channel MOSFET, 정공이면 P=channel MOSFET이다. 각각 P body, N Body이다.

 

우리는 이 MOSFET이 inversion layer에서 충분히 쌓여 전류가 흐르기로 약속한 지점을 threshold라고 했다. 그 부분이 아니라면 꺼지는 즉, Vg에 의해 켜지고 꺼지는 걸 반영하는 장치이다. Vg에 의해 작동한다.

 

 

2. Basic MOSFET IV Model

소스에서 드레인으로 전자가 이동한다. 즉 I_DS는 반대 방향이다

전류 밀도로 나타낼 수 있으며, 전하량은 inversion charge이다.

 

하지만 mobility에 대한 얘기는 없다.

 

3. Surface Mobilities

surface mobility는 bulk mobility보다 작다. surface roughness scattering때문이다. 

Gate 전압이 높을수록 surface에서 충돌이 늘어난다. Vt가 강해질수록, oxide의 길이가 줄어들수록 mobility는 감소한다.

 

충돌을 줄이기 위해 path를 아래로 위치

 

4. Body Effect

Body Effect는 MOSFET에서 body (또는 substrate)에 전압이 걸림으로써 threshold voltage (V_t)가 변화하는 현상이다.

 

phi_s의 변화: MOSFET의 body는 일반적으로 reverse bias 상태로 설정된다. 즉, body 전압은 source 전압보다 낮거나 같으며, 이로 인해 depletion region이 확장된다. 

 

 

그리고 이는 Vt가 a와 Vsb를 곱한 것으로도 표현 가능

 

5. Qinv in MOSFET

우리의 최종 목표는 MOSFET의 전류가 어떻게 될까에 대한 식을 구하기 위해 Body Effect까지 달려왔다. 이제 channel의 위치마다 inversion 되는 정도가 다른 것 또한 반영할 차례다

 

기존 식에 대해 mV_cs와 Vt = Vto + a*C_dep/C_ox

 

6. 최종 I_d

 

7. CMOS

소비전력이 적다

높은 임피던스로 즉각적인 응답

집적도가 높다

 

8. Velocity Saturation

channel이 짧거나, 전계나 너무 높아서 electron이 충돌에 의해 속도를 잃게 된다. 그래서 전기장과 꼭 비례하진 않게 되는 속도를 반영한 게 velocity saturation이다.

 

원래 I-D에 비해 (1+Vd/(1+E_sat*L))을 가진다.

얘 때문에 Idast도 선형적으로 바뀐다.