실험 14 MOSFET 특성 실험 전자공학과 고급전자회로실험 실험 14. MOSFET 특성 실험.

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1 실험 14 MOSFET 특성 실험 전자공학과 고급전자회로실험 실험 14. MOSFET 특성 실험

2 실험 14 MOSFET 특성 실험 전자공학과 고급전자회로실험 1. 실험 목적 2. 관련 이론 2-1. MOSFET 구조 및 특성 2-2. 증가형 MOSFET (Enhancement-type MOSFET) 2-3. 공핍형 MOSFET (Depletion-type MOSFET) 2-4. MOSFET 바이어스 회로 2-5. MOSFET 소스 공통 증폭기 실험 회로 3. 실험 방법 4. 실험 시 유의사항

3 실험 14 MOSFET 특성 실험 전자공학과 고급전자회로실험 1. 실험 목적 (1) MOSFET 의 소스, 게이트, 드레인 등 세 단자 특성을 실험적으로 결정 (2) MOSFET 증폭기의 바이어스 기법을 고찰 (3) MOSFET 을 사용한 소스 공통 증폭기의 전압이득을 측정

4 실험 14 MOSFET 특성 실험 전자공학과 고급전자회로실험 2. 관련 이론 2-1 MOSFET 구조 및 특성 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET) : - Gate 부분이 Metal-Oxide-Semiconductor 로 배열되어 절연체인 Oxide 를 사이에 두고 metal 과 Semiconductor 간에 형성된 전계가 전류를 제어한다. -IGFET(Insulated Gate FET) 이라고도 한다. -(a) 증가형, (b) 공핍형

5 실험 14 MOSFET 특성 실험 전자공학과 고급전자회로실험 2. 관련 이론 2-1 MOSFET 구조 및 특성

6 실험 14 MOSFET 특성 실험 전자공학과 고급전자회로실험 2. 관련 이론 2-1 MOSFET 구조 및 특성 스위칭 속도가 빠르다 드라이브 회로가 간단하다 second-breakdown failure mechanism 이 없다 ( 열에 대 한 내성이 강해진다 ). BJT 가 Current Driven 방식인데 비해서, MOSFET 은 Voltage Driven 방식이다.

7 실험 14 MOSFET 특성 실험 전자공학과 고급전자회로실험 2-2 증가형 MOSFET (Enhancement-type MOSFET) 그림 14-1. N 형 증가형 MOSFET 구조 - 게이트 기판은 절연체 (SiO 2 ) 에 의해 분리 되는 Capacitor 의 극판으로 동작 - 그림 14-1 와 같이 게이트 단자에 양의 전압이 인가되면, 드레인과 소스사이에 음의 전하가 유도되어 채널이 형성된다. - 이 채널은 어느 정도 전압 이상을 인가 하여야 형성됨. 이때의 최소전압이 문턱전압 (Threshold Voltage)

8 실험 14 MOSFET 특성 실험 전자공학과 고급전자회로실험 2-2 증가형 MOSFET (Enhancement-type MOSFET) 그림 14-2. 증가형 MOSFET 의 바이어스 방법

9 실험 14 MOSFET 특성 실험 전자공학과 고급전자회로실험 2-2 증가형 MOSFET (Enhancement-type MOSFET) 그림 14-3. 증가형 MOSFET 의 기호 (a) N 형 (b) P 형

10 실험 14 MOSFET 특성 실험 전자공학과 고급전자회로실험 2-3 공핍형 MOSFET (Depletion-type MOSFET) 공핍형 MOSFET : 증가형 MOSFET 와 달리, 바이어스 전압이 인가되지 않더라도 이미 N 형 채널이 형성 되어 있는 상태 ← 드레인과 소스사이의 substrate 에 N type 으로 doping 되어 있음 그림 14-4. N 형 공핍형 MOSFET

11 실험 14 MOSFET 특성 실험 전자공학과 고급전자회로실험 2-3 공핍형 MOSFET (Depletion-type MOSFET) - 그림 14-5 와 같이 gate 에 양의 전압을 가하면 N-Channel 에 있는 전자 ( 음 의 캐리어 ) 가 증가 → 드레인과 소스사이의 전류는 더욱 증가 - 그림 14-6 과 같이 gate 에 음의 전압을 가하면 N-Channel 에 있는 전자 ( 음 의 캐리어 ) 가 전계에 의해 물러나게 되어 채널이 닫히게 됨 그림 14-5. 증가형으로 동작하는 공핍형 MOSFET 그림 14-6. 공핍형 모드에서 동작하는 공핍형 MOSFET

12 실험 14 MOSFET 특성 실험 전자공학과 고급전자회로실험 2-3 공핍형 MOSFET (Depletion-type MOSFET) 그림 14-7. 공핍형 MOSFET 기호 ; (a) N 채널 (b) P 채널

13 실험 14 MOSFET 특성 실험 전자공학과 고급전자회로실험 2-3 공핍형 MOSFET (Depletion-type MOSFET) - N 채널 공핍형 MOSFET 의 드레인 전류 특성 곡성 그림 14-8. N 채널 공핍형 MOSFET 의 드레인 전류 특성 곡선

14 실험 14 MOSFET 특성 실험 전자공학과 고급전자회로실험 2-4 MOSFET 바이어스 - MOSFET 의 형태, 즉 증가형 및 공핍형, P-Channel/N-channel 에 따라 바이어스 전압의 극성 및 바이어스 방법도 달라진다. 그림 14-10. MOSFET 의 전압 분배 바이어스 회로

15 실험 14 MOSFET 특성 실험 전자공학과 고급전자회로실험 2-4 MOSFET 바이어스 - (Gate Voltage) 의 계산 : - 소스전압 : - 게이트 - 소스 바이어스 전압 : - C 1 의 결정 :

16 실험 14 MOSFET 특성 실험 전자공학과 고급전자회로실험 2-5 MOSFET 소스 공통 증폭기 기초 - 실험 회로도 그림 14-12. MOSFET 소스 공통 증폭기 실험 회로 - 전압이득

17 실험 14 MOSFET 특성 실험 전자공학과 고급전자회로실험 3. 실험 방법 - MC14007UB Chip 의 내부회로도

18 실험 14 MOSFET 특성 실험 전자공학과 고급전자회로실험 3-1 MOSFET 특성 실험 (1) 그림 14-14 의 회로도를 연결한다. (2)S 1 및 S 2 를 닫고 V GS =1V V DS =0.5V 일 때의 I D 를 측정하여 표 14-1 에 기록한다. (3)V GS 를 1V 로 고정하고 V DS 를 +1V,+2V 등 표 14-1 에 있는 대로 증가시키면서 ID 를 측정하고 그 결과를 기록한다. 그림 14-14 실험 회로도

19 실험 14 MOSFET 특성 실험 전자공학과 고급전자회로실험 3-1 MOSFET 특성 실험 (4) V GS 를 2V 로 증가시킨 후, 표 14-1 에 있는 각 V DS 의 값에 대해 I D 를 측정하고 기록한다. (5) V GS 의 각 양의 값에 대해 (4) 의 과정을 반복한다. (6) 표 14-1 에 측정된 자료로부터 MOSFET 의 드레인 특성 곡성을 표 14-2 에 그 려라.

20 실험 14 MOSFET 특성 실험 전자공학과 고급전자회로실험 3-2 MOSFET 소스 공통 증폭기 실험 (1) 그림 14-12 의 회로를 연결한다. VDD 를 +17V 로 고정하고, 정현파 신호 발 생기의 출력을 1kHz 에서 최소 출력이 나올 수 있도록 조정한다. 그림 14-12 소스 공통 증폭기 실험 회로

21 실험 14 MOSFET 특성 실험 전자공학과 고급전자회로실험 3-2 MOSFET 소스 공통 증폭기 실험 (2) 오실로스코프로 출력신호 V OUT 를 관찰한다. 입력신호를 조금씩 증가시켜 출 력에 왜곡되지 않는 최대 신호 V OUT 이 나오도록 신호발생기를 조정한다. (3) 이 때의 V OUT 및 V IN 의 최대 진폭 값을 측정하여 표 14-3 에 기록한다. (4) 전압 이득을 계산하여 기록한 후, 이 때의 직류 바이어스 전압 V GS 및 V DS 를 기록한다.

22 실험 14 MOSFET 특성 실험 전자공학과 고급전자회로실험 4. 실험 시 유의사항 MOSFET 의 SiO 2 은 매우 얇기 때문에 100V 이하의 정전 전하 가 게이트와 채널 사이에 흐르게 되면 SiO 2 파괴될 수 있다. 이렇게 되면 SiO 2 사이에 누설 전류가 흐르게 되어 MOSFET 으로 사용할 수 없게 된다. Gate 과 드레인과 소스에 각각에 전류가 흐르게 되어 N 형일 경우에는 gate-drain/source 사이 에 P-N diode 현상이 벌어지게 된다. 이를 위해 MOSFET 를 그림 14-9 와 같이 다루어야 한다.

23 실험 14 MOSFET 특성 실험 전자공학과 고급전자회로실험 그림 14-9.MOSFET 다루는 법 (a) 단락 기법 (b) 전도 물질 사용 (c) Zener 다이오드에 의한 게이트 보호법 (d) 게이트 보호의 예