24. 공핍형 MOSFET

24. 공핍형 MOSFET

공핍형 MOSFET의 기본구조:

게이트(G)와 채널 사이에 직접적인 전기적 연결이 없고 \(\text{SiO}_{2}\)절연층이 높은 임피던스를 제공해 JFET보다 입력저항이 더 크다. Insulated-Gate FET(IGFET)라고 하며, 보통 소스(S)와 기판(Substrate)을 같이 연결해 사용한다. 

기본 동작과 특성

\(V_{GS}=0\text{V}\)일 때:

\(V_{GS}=0\text{V}\)(단락)일 때, \(V_{DS}=V_{DD}\)이고, 전류가 n채널 전자에 의해서 흐른다.

\(V_{GS}<0\text{V}\)일 때:

\(V_{GS}<0\text{V}\)일 때 \(\text{SiO}_{2}\)층 가까이에 있는 n채널의 전자를 p형 기판으로 밀어내고, p형의 정공을 잡아당겨서 재결합이 일어나 전도에 기여하는 자유전자가 감소해서 공핍모드가 된다.

\(|V_{GS}|\)를 증가시키면 \(I_{D}=0\text{A}\)가 되고, \(V_{GS}=V_{p}\)(핀치오프 전압)이다.

\(V_{GS}>0\text{V}\)일 때: p형 기판으로부터 부가적인 자유전자가 n채널로 유입하여 전도를 향상시켜서 증가모드가 된다.

다음은 공핍형 MOSFET의 출력특성곡선과 전달특성곡선이다.

 

왼쪽 그림은 \(I_{DSS}=10\text{mA},\,V_{p}=-4\text{V}\)일 때의 n채널 공핍형 MOSFET의 전달특성곡선이다. \(V_{GS}=1\text{V}\)이므로

$$\begin{align*}I_{D}&=I_{DSS}\left(1-\frac{V_{GS}}{V_{p}}\right)^{2}\\&=(10\text{mA})\left(1-\frac{1\text{V}}{4\text{V}}\right)^{2}\\&=(10\text{mA})(1+0.25)^{2}\\&=(10\text{mA})(1.5625)\\&\approx15.63\text{mA}\end{align*}$$이다.

p채널 공핍형 MOSFET

채널은 p형이고, 기판은 n형이다. 다음은 공핍형 MOSFET의 기호이다.

채널 형에 따라 화살표 방향이 달라진다. SS가 있는 것은 소스(S)와 기판이 연결되지 않은 것이고, 없는 것은 소스(S)와 기판이 연결된 것이다.

공핍형 MOSFET의 규격서

위 규격표는 모토롤라 사(社)에서 제작한 2N3797 n채널 공핍형 MOSFET의 규격표이다.

\(I_{D(\text{ON})}\)은 n채널에서 \(V_{GS}>0\text{V}\)인 경우(증가모드에서 동작할 경우의 전형적인 드레인 전류), 증가모드이므로 \(I_{D(\text{ON})}>I_{DSS}\)이다.

참고자료:

Electronic Devices and Circuit Theory 11th edition, Boylestad, Nashelsky, Pearson