MOSFET 동작영역 2


MOSFET의 동작영역(2), Enhancement type FET

자, 오늘의 포스팅 주제는 증가형 MOSFET의 동작원리의 마지막, 포화영역입니다 포화영역은 다룰 부분이 좀 있지만 차근차근 설명해 드리겠습니다
그럼 시작 하겠습니다!




위의 그래프를 보시겠습니다. 그래프에서 점선의 오른쪽 영역이 포화영역입니다. 포화영역 역시 도통 상태이니 게이트의 전압은 문턱전압보다 큰 값을 가지겠지요. 이것은 드레인 전압이 채널 형성에 기여하는 게이트 전압보다 큰 경우입니다. (Vds>Vgs-Vth인 경우입니다)
이 영역에서 드레인 전류는 드레인 전압에 무관하고 게이트 전압에만 영향을 받습니다. 포화영역에 들어서면 드레인 전류는 일정해는 것을 볼 수 있습니다.
이 현상을 수식을 통해 접근해 보겠습니다
.
Vgs = 10V, Vds =7V라고 가정합시다.
Vgs = Vg-Vs 로 표현할 수 있으므로 Vds 역시 Vds=Vd-Vs 이겠죠 Vg-Vs=10 과 Vd-Vs=7을 연립해서 Vs를 소거하면
Vg-Vd=3 이라는 식이 나옵니다. 즉 Vgd=3V이죠
다시 정리하면 Vgs-Vds=Vgd, Vds=Vgs-Vgd라는 식이 나옵니다.
여기서 한가지가 생각나네요
증가형 MOSFET의 경우 문턱전압이 있었지요? 문턱전압이 2V라고 해봅시다.
Vgs는 고정시킨 상태에서 Vds를 높여 보면
Vgs=10V, Vds=8V라면 Vgd=2V입니다.
Vds가 증가하면 Vgd는 점점 낮아져 문턱전압에 도달하는 것을 볼 수 있습니다. Vgd의 전장이 감소하여 드레인 채널은 점점 좁아지는 것이죠
결국 채널이 형성된 상태에서 Vgd=Vth(문턱전압)이 되면 드레인 근처에서 채널이 없어지는 것입니다.


따라서 드레인 전압은 더이상 드레인 전류의 변화에 영향을 주지 못하게 됩니다. 그러므로 포화영역에서는 Vds ≥ Vgs - Vth 의 식을 가집니다.
(Vds를 높혀도 Vgs와 채널이 없어져 문턱전압이된 Vgd는 고정되어 있어 Vds만 커지게 되는 것이지요)
좀 더 알아볼까요?
드레인 근처에서 채널이 형성되지 못하는 상태를 핀치오프라고 합니다.
게이트 전압과 드레인 전압의 전계가 서로 상쇄되어 드레인 근처에서 채널이 형성되지 못하는 상태가 되는 것이지요. 위의 그림처럼 드레인 부분쪽으로 가면서 채널이 없어지는 현상은 이를 잘 설명하고 있습니다.
핀치오프라는 말은 JFET에서도 공핍층이 서로 만나는 것으로 한번 설명 드린 적이 있습니다.
​공핍층이 만나는 것은 곧 전자가 지나갈 수 있는 채널의 형성을 방해하는 것이므로 비슷한 맥락으로 이해하셔도 될 것 같습니다.
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핀치오프상태에서 전자가 채널의 끝에 도달하게 되면 드레인 부근의 강한 전계에 의해서 전자가 빠르게 드레인으로 끌려갑니다. 그 결과 드레인 전압은 더 이상 드레인 전류의 변화에 영향을 주지 못하게 되는 것이지요
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따라서 드레인 전압이 더 커진다 하더라도 드레인 전류는 일정하게 되는 것입니다.
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포화영역에서 1수식의 의미 2핀치오프 3드레인 전류가 일정하게 되는 이유를 설명하였습니다. 이 3가지만 기억하시면 될 것 같습니다.
이상으로 증가형 MOSFET의 동작영역을 마무리 하도록 하겠습니다 다들 좋은하루 되세요^^
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