PART6반도체 (Semiconductor) - 2
실험 2 :MOS FET
이론
MOSFET의 게이트는 매우 작고 뛰어난 특성을 갖는 커패시터이며, 채널을 통한 전도는 게이트와 소스 사이에 인가된 전압에 의하여 제어된다. 그러므로 MOSFET의 입력전류는 J-FET에 비한다면 입력전류와 대립이 되는 커패시터의 누설전류로서, 이는 역방향바이어스된 pn접합의 누설전류이다. 따라서 MOSFET의 입력임피던스는 J-FET에 비하여 수십 배 또는 그 이상의 큰 값을 갖는다.
MOSFET의 Gate는 절연물질의 SiO2층을 채널전면에 걸쳐서 침착시키는데 이러한 얇은 SiO2층 위에 금속물질이 놓이게 된다. 그림 6-6는 대표적인 MOSFET의 구조형태를 보인 것이다.
MOSFET의 동작 특성으로는 세부적인 구조에 따라 구분되는 공핍형(depletion-mode)이나 증가형(enhancement- mode)이 있다. 그림 6-7 (a)는 n채널 MOSFET의 특성을 나타낸 것이다. 공핍형에서 채널은 정상적으로 도체이며, 이 때문에 J-FET에서와 같이 전류의 흐름이 감소될 수도 있고, 충분한 게이트전압이 인가됨에 의하여 차단까지도 가능하다. 증가형에서는 채널이 정상적으로 차단상태이며, 게이트전압을 인가함에 따라 줄이거나 또는 늘릴(증가) 수 있으며, 제어할 수가 있게 된다. 공핍형 MOSFET는 그림 6-7 (d)에 나타낸 것처럼 증가형에서도 동작할 수 있다.
게이트의 정전용량은 매우 작으며, 따라서 입력임피던스는 매우 높다. 그래서 게이트는 어떤 전압레벨 이상에서 매우 쉽게 하전될 수 있으므로, 커패시터의 좁은 SiO2유전체가 파괴될 수 있다. 대략 50V정도의 전압으로 파괴되며, 이는 정상적인 취급에 따라 발생하는 정전하들에 의하여 쉽게 유도될 수 있음을 의미한다. 이러한 이유 때문에 이들 소자들은 리이드들을 서로 단락시켜서 흔히 패키지화 한다.
게이트와 드레인 사이 및 게이트와 소스 사이의 고유의 정전용량(고주파응답을 제한)은 대체로 MOSFET에서 더 낮으므로, 일반적으로 고주파응답이 JFET에 비하여 더욱 좋다. JFET가 온도에 따라 지수적으로 증가하는 입력누설전류를 갖는데 반하여, MOSFET에서는 온도의 영향이 최소가 된다. MOSFET는 오늘날 보편적으로 이용할 수 있는 온도의 영향을 적게 받는 반도체소자이다.
실험 과정
1. MOS-FET의 특성을 실험하기 위해 M-06의 회로-2을 사용한다. 2g-2i 양단에 전류계를, 2e-2h, 2g-2l 단자에 전압계를 연결하여 그림 6-8과 같이 회로를 구성한다.
2. 2a 단자에는 -5V, 2b 단자에는 +5V가 인가되어 있으며, 2k 단자에는 +15V를 인가하고 2h 단자에는 그라운드를 연결한다.
3. 가변저항 를 조정하여 VDS가 10V가 되게 한다. 그리고 가변저항 R1을 조정하여 표 6-3에 주어진 것과 같이 VGS를 변화시키면서 ID를 측정하여 표 6-3에 기록한다.
4. 다음에는 VGS를 -0.3V로 고정시키고, VDS를 표 5-12과 같이 변화시키면서 드레인 전류 ID를 측정하여 표 6-4에 기록하여라.
5. 표 6-4에서 각각의 VGS에 대하여 VDS를 변화시키면서 드레인 전류 ID를 측정하여 표 6-4에 기록하여라.
tab1실험 6-2.1 MOS FET 특성 측정 (M-06의 Circuit-2에서 그림 6-8과 같이 구성한다.)
1.결선방법(M-06의 Circuit-2)
1.전원 결선
내부적으로 연결되어 있다.
2.계측기 결선
전류계 결선
별도의 Digital Multimeter의 전류 측정 기능을 사용하여 측정한다.
드레인에 흐르는 전류(ID) 측정 : Circuit-2의 단자 2i에 Digital Multimeter의 적색선을 연결하고, 단자 2g에 흑색선을 연결한다.
전압계 결선
R3 양단 전압(VGS) 측정 : Circuit-2의 단자 2e와 전면패널 Signal Input CH A의 A+ 단자 간을 적색선으로 연결하고 단자 2f와 A- 단자 간을 흑색선으로 연결한다.
드레인과 소스 간 전압(VDS) 측정 : Circuit-2의 단자 2g와 전면패널 Signal Input CH B이 B+ 단자 간을 적색선으로 연결하고 단자 2h와 B- 단자 간을 흑색선으로 연결한다.
2.결선도
flash
3.측정 방법
- 1Touch LCD 패널의 좌측 메뉴에서 analog input 를 선택하고, Volt & Ampere Meter탭을 선택한 후 CH A, CH B 각각 , , 를 선택한다.
가변저항 R5를 조정하여 VDS가 10V가 되게 하고, 가변저항 R1을 조정하여 표 6-3에 주어진 것과 같이 VGS를 변화시키면서 ID를 측정하여 표 6-3에 기록한다.
만일 가변저항 R1을 조정하여 VGS를 변화시킬 때 VDS가 10V에서 변화하면 가변저항 R5를 조정하여 10V가 되도록 하고 측정한다.
다음에는 VGS를 -0.3V로 고정시키고, VDS를 표 6-4과 같이 변화시키면서 드레인 전류 ID를 측정하여 표 6-4에 기록하여라.
표 6-4에서 각각의 VGS에 대하여 VDS를 변화시키면서 드레인 전류 ID를 측정하여 표 6-4에 기록하여라.
4.계산
1. 표 6-3과 6-4를 참고하여 동적 드레인 저항과 정적 드레인 저항 및 전달 컨덕컨스를 구하시오.
실험 결과 보고서
1. 실험 결과표
2. 검토 및 정리
1) 표 6-3과 표 6-4의 측정값을 가지고 Graph 6-2에 그래프를 그리시오.
2) Graph 6-2와 표 6-3에서 VGS= 0V 일 때 동적 드레인 저항을 구하시오.
3) 표 6-4에서 VGS= 0V 일 때 정적 드레인 저항을 구하시오.
Graph 6-2
4) 전달 컨덕턴스(transcoductance) gfs는 VGS의 변화에 대한 드레인 전류의 변화로써 측정되어진다. 표 6-3에서 –0.1V에서 –0.2V 까지의 VGS변화에 대한 전달 컨덕턴스를 구하시오.
