5. 금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터 ( MOSFET : Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ) enhancement 형의 물리적 구조와 회로기호 이해하기

마지막으로 Enhancement 형 MOSFET를 구조와 회로기호를 기억회로에 내려받기 하기로 한다. IEC 60617 를 보면 MOSFET를 별칭으로 IGFET ( Insulated Gate Field Effect Transistor ), 절연 게이트 전계효과트랜지스터로 불러 준다는 것을 확인할 수 있다. 물론 MOSFET만 IGFET로 불리는 것은 아니다. 게이트와 본체가 절연되어 있는 형태는 IGFET로 불린다. 대전력이 요구 될 때 필요한 IGBT ( 절연 게이트 양극성 트랜지스터, Insulated Gate Bipolar Transistor )도 IGFET에 속한다.

 

위의 구조그림에서 채널영역이라고 표기된 곳에 채널이 있다는 표식이 아니라는 점을 미리 말해 둔다. 그저 동작할 때 채널이 형성 될 공간이라는 뜻이다.

​물성적 구조로 해석하면 Enhancement 형 MOSFET 와 Depletion 형 MOSFET 와의 큰 차이점은 전류가 흐를 수 있는 통로인 채널이 구조적으로 미리 만들어 형성 되어져 있냐, 아니면 만들어 놓지 않았냐의 차이가 있다. Enhancement 형 MOSFET는 드레인과 소스간에 전류가 흐를 수 있게 하기 위해서는 채널을 형성해야 하기 때문에 회로적으로 게이트( Gate ) 단자에 전압을 걸어 주어야 비로소 채널이 형성 될 수 있음을 알 수 있다. 따라서 이때 게이트( Gate ) 단자에 걸어주는 전압에 크기에 따라 전류의 과다가 정해진다는 것을 짐작해 볼 수 있다.

회로기호를 보라. Enhancement 형 MOSFET의 구조에는 이미 형성된 채널이 존재하지 않음으로 드레인과 소스 사이에 채널로 연결되지 않고 분리되었다고 생각하는 것이 바른 이치이다. 그렇기 때문에 드레인과 소스, 본체사이를 한 선으로 연속적으로 이어주어 그린 것이 아니라 단속적으로 따로 따로 분리시켜 그려준 것을 볼 수 있다.

 

 

​​IEC 60617 의 아래 회로기호를 보면 Enhancement MOSFET에는 본체( Substrate )가 내부에서 소스와 연결된 것 ( N 형 )과 소스와 연결 되지 않고 본체밖으로 나온 것 ( P형 )만을 제시한 것을 볼 수 있다. 왜 Depletion MOSFET는 Enhancement MOSFET 처럼 여러 형태를 제시하지 않았는지, 그리고 다른 형태를 제시할 때 N형 또는 P형만 규정 했는지 이유는 알 수 없다. 그러나 유추해서 생각할 때 N과 P형을 따로 그려 넣지 않아도 규정에 포함 된다는 의미를 갖는 것은 아닌지 모르겠다.

 

​​아래와 같은 회로도 규정에 있는 원본이라는 것으로 이해 된다. 이미 출처 IEEE라고 말했다.

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또한 아래와 같이 별종의 회로기호를 사용하기도 한다. 회로 형태가 약간씩 바뀐다고 하더라도 두가지 화살표 방향과 채널 부근이 이어져 있는지, 단속적인 선으로 되어 있는지 분별하여 Enhancement( 증가 )형 MOSFET 와 Depletion( 감소 )형 MOSFET를 구별 할 수 있게 눈으로 보고, 머리속 구분기준을 가지고 자꾸 익혀야 한다.

 

 

변형된 회로를 보니 앞에서 설명한  Depletion MOSFET와 분간이 안된다. 그림을 보고 비교해서 어떤 것이 다른지 보면,

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​다른점이 눈에 띄는가?  Depletion MOSFET는 드레인-소스 사이의 선이 굵게 그려져 있는 것이 Enhancement MOSFET 변형회로기호와 약간 다른 점이다. 채널 유무를 얇은선과 굵은선으로 구분했다 이건데....​

​ 여하튼

위의 변형된 회로 기호는 여러가지면에서 사용하기에는 좀 모자란 감이 있다. Depletion MOSFET의 구조적인 특징인 드레인과 소스 사이에 채널이 없다는 것을 단속적으로 표시하지 않았기 때문에 Depletion 인지, Enhancement MOSFET인지 전혀 헷갈린다. 회로기호를 그릴 때 굵은지 얇은지 보는 사람에 따라 달라질 수도 있지 않은가!! 그리고 화살표 방향으로 N 채널과 P 채널을 구분 하려던 기준을 적용하기도 어렵다. 그래서 잘된 회로기호라고 보기는 어렵다. 어려운 FET의 회로기호를 더 어렵게 가중해 준다. 자주 쓰이지도 않지만, 굳이 기억할 필요는 없어 보인다.

자 이제 문제는 Enhancement( 증가 )형 MOSFET 와 Depletion( 감소 )형 MOSFET 를 증가와 감소라는 용어를 별도로 붙였는가 하는 것이다. 기억하는가? MOSFET 회로기호를 볼 때 채널을 중심으로 보고, 화살표를 NP 접합인 다이오드 형태로 전환시켜 종류를 분별해야 한다고 한 것을 말이다. 바로 이쯤에서 채널 중심으로 보아야 한다고 역설한 이유가 드러난다. 전류의 증가와 감소로 설명하는 자료도 있을 것이지만, 기억하기 쉽게 다음과 같이 편의로 판단해 주기로 한다. 

- 채널이 원래 존재 했다가 점점 없어지는 방향( 감소 )으로 동작하는 것 --- Depletion( 감소 ) 형 MOSFET

- 채널이 원래 없었다가 점점 존재하는 방향( 증가 )으로 동작하는 것 --- Enhancement( 증가 ) 형 MOSFET  

이런 착상으로 회로기호를 보면 어떤 형태인지 바로 감을 잡을 수가 있다. 기준은 순전히 재빠르게 회로의 성격을 파악하기 위한 우격다짐 발상이 아니라, 채널의 증감(增減)을 중심으로 본 동작에 기인한 명명이라는 것을 강조해 둔다.  

재론하지만,

MOSFET를 회로기호를 볼 때 두 가지 기준 열쇠로 열어야 분별의 문의 열리게 된다. 채널이 N형인지 P형인지 구별할 때는 다이오드의 화살표로 간단하게 분별해 주고, Depletion 인지, Enhancement 형인지 구분 해 줄 때는 이미 채널이 존재하는지의 여부를 따져서 채널이 없으면 존재하는 방향으로 동작하게 될 것이므로 '증가형'이라고 생각하고, 채널이 있으면 점점 줄어 드는 동작을 할 것으로 기대하므로 '감소형'이라고 지적해 준다 ( 더 증가 할 수 있으나 편의상 착상을 그렇게 가져 가자는 말이다. 특성 그래프 보면 증가도 할 수 있는데요? 라고 시비 걸지 마시길 ) . 회로기호에서 드레인-소스 사이가 점선 처럼 생긴 것은 끊어져 있다는 것을 경험으로 알기 때문에 채널이 없는 것으로, 연속적으로 이어져 있는 것은 채널이 이미 존재하는 것으로 알 수 있다고 강조 했다.

유튜브 방송 개설 했습니다.

https://www.youtube.com/channel/UCAZYdZIdGRwxurY4R8Fm36w/videos?view_as=subscriber