MOS에 대한 기본 고찰

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목차

1. Metal-Oxide-Semiconductor (MOS)
1-1 MOS 커패시터 구조 및 작동 원리
1-2 MOS 구조의 커패시턴스
1-3 에너지밴드 및 Flatband voltage

본문내용

전자·회로 공학에 많이 사용되는 MOSFET(MOS field-effect transistor)는 2단자인 MOS 구조에서 Drain, Source를 추가하여 3단자 구조로 변경한 구조일 뿐 기본 원리는 MOS와 동일하다.
MOS 구조의 경우 Metal gate 와 Semiconductor 사이에 전자와 정공이 흐르지 못하도록 insulator layer가 필요하며 보통 SiO2를 많이 사용하는 추세이다. 그 이유는 흔히 사용하는 Semiconductor가 Si이기에 Si 산화 공정을 통해서 쉽게 SiO2 insulator layer 형성이 가능하기 때문이다.
MOS의 기능은 전류를 흐르지 못하게 하며, 전하를 저장하는 기능을 한다. 전하를 저장하기에 축전기(Capacitor)라고 부르며 Gate에 인가된 전하에 의해 Semiconductor에 전기장이 형성되고 이를 channel로 이용하여 MOSFET이 구동하게 된다.
채널 형성에 필요한 게이트 전압의 크기를 문턱 전압(threshold voltage, Vt)라고 한다. 산화막-반도체 계면에서의 Fermi 준위와 전도대 및 가전자대와의 위치 관계는 MOS 커패시터 전압과 관련되며 반도체 표면의 특성은 가해지는 전압에 따라 p→n, n→p로 반전될 수 있다.

MOS 커패시터의 이해를 위해서는 Energy diagram에 대한 이해가 필수적이다. Energy diagram의 변화는 gate 전압에 따라 크게 3가지 상태로 구분할 수 있다. 축적(accumulation), 공핍(depletion), 반전(inversion)로 구분되며 세 가지 상태에서 major, minor 캐리어의 움직임은 변화하며 캐패시터의 동작도 변화한다.
Energy diagram의 y축은 에너지를 나타내며, 양전압 인가시 Energy가 증가하고 음 전압 인가시 Energy가 감소한다.

참고 자료

없음