본문내용
1. MOSFET 기본 동작 원리
1.1. NMOS와 PMOS의 기본 동작 원리
NMOS는 전자의 흐름을 제어하는 스위치 역할을 한다. 게이트에 충분한 양의 전압을 가하면, p형 기판 표면에 있는 정공들이 밀려나고 전자들이 모여든다. 이로 인해 드레인과 소스 사이에 전자들의 통로인 '채널'이 형성된다. 이 채널을 통해 드레인에서 소스 방향으로 전자들이 이동하며, 이는 소스에서 드레인으로의 전류 흐름으로 나타난다.
반대로, PMOS는 정공의 흐름을 제어한다. 게이트에 충분한 음의 전압을 인가하면, n형 기판 표면의 전자들이 밀려나고 정공들이 모여든다. 이로 인해 소스와 드레인 사이에 정공들의 통로인 '채널'이 생성된다. 이 채널을 통해 소스에서 드레인 방향으로 정공들이 이동하며, 이는 전류의 관점에서 소스에서 드레인으로의 흐름으로 해석된다.
MOSFET은 차단 영역, 트라이오드 영역, 포화 영역을 가지며, 차단 영역은 MOSFET이 켜지지 않는 경우를 말한다. NMOS는 VGS 전압이 문턱 전압 Vth 보다 작은 경우 차단 영역에 있다. VGS 전압이 Vth 이상이면 채널이 형성되어 전류가 흐르게 되며, VDS 전압이 VGS-Vth 이하인 경우 트라이오드 영역, VDS 전압이 VGS-Vth를 초과하면 포화 영역에 해당한다. 반면 PMOS는 그 반대의 동작 원리를 가진다. 즉, 음의 게이트 전압이 문턱 전압 보다 큰 경우 채널이 형성되어 정공 전류가 흐르며, 소스-드레인 전압이 게이트-소스 전압과 문턱 전압의 차보다 작으면 트라이오드 영역, 그 이상이면 포화 영역에 해당한다.
1.2. MOSFET의 동작 영역
MOSFET은 차단 영역, 트라이오드 영역, 포화 영역의 세 가지 동작 영역을 갖는다. 차단 영역에서는 게이트-소스 전압 VGS가 문턱 전압 Vth 미만이므로 전류가 흐르지 않는다. 트라이오드 영역에서는 VGS가 Vth 이상이고 드레인-소스 전압 VDS가 VGS-Vth 이하인 경우로, 드레인 전류 ID가 VDS에 비례하여 증가한다. 포화 영역에서는 VDS가 VGS-Vth를 초과하므로 드레인 전류 ID가 VDS에 거의 영향을 받지 않고 일정한 값을 유지한다. 이처럼 MOSFET의 동작 영역은 VGS와 VDS의 관계에 따라 결정되며, 각 영역에서 MOSFET의 전류-전압 특성이 다르게 나타난다.
2. MOSFET 특성 실험
2.1. PSPICE 모의 실험
PSPICE 모의실험을 통해 MOSFET의 특성을 사전에 확인할 수 있다. PSPICE 모의 회로를 구성하고 시뮬레이션을 수행한 결과, MOSFET의 전류-전압 특성을 보여주는 그래프를 얻을 ...
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