1. MOS Capacitor의 구조 / Device Physics

MOS CAP은 MOSFET을 공부하기 전에 반드시 먼저 학습을 해야 하는 영역입니다.

왜냐하면, MOS CAP에 Source, Drain만을 추가한 것이 MOSFET이 되기 때문이죠.

(물론, Source/Drain과 Substrate는 PN Junction을 이루기 때문에 MOSFET 공부를 위해서는 PN Junction도 선행이 되어야 합니다.)

PN Junction은 이미 공부가 끝났다는 가정하에 기본적인 MOS Capacitor부터 공부해봅시다.

 

MOS Capacitor의 구조는 다음과 같습니다.

<MOS Capacitor의 구조>

 

 제일 위에 있는 Gate는 전자 회로 시간에 여러분이 죽어라 배우던 그 Gate와 동일합니다. 일반적으로 Gate로 사용되는 물질은 Metal 또는 heavy doping된 Poly-Si을 사용합니다.

그 밑에는 Oxide입니다. 절연 물질을 넣으며 보통은 SiO2라 불리는 산화막을 사용하게 됩니다. 이 물질의 용도는 Gate와 Substrate 사이의 Carrier 이동을 방지하는 역할을 합니다. 이것의 의미는 FET를 공부하게 될 때 명확하게 알 수 있습니다.

여담으로 SiO2를 Oxide로 사용하는 이유는 아주 간단합니다.

Si만큼 세상에서 쉽게 구할 수 있는 재료는 없으며, Si 기판에서 가장 쉽게, 그리고 가장 Defect이 없이 성장할 수 있는 절연체가 SiO2이기 때문입니다.  

그 밑에 있는 것은 Substrate입니다. 보통 기판이라 불리고, Si가 많이 쓰입니다. 그리고 P타입이든 N타입이든 한쪽으로 도핑되어 사용되어집니다.

이 Gate(Metal) / Oxide / Substrate를 MOS라고 부릅니다. 이런 형태는 전류가 빠져 나가지 않고, 전압에 의해 "MOS" 구조 안의 전하량 혹은 극성이 변하기 때문에 Capacitor로 동작합니다. 그렇기 때문에 이런 구조로 동작하는 Capacitor를 MOS Capacitor라고 부릅니다.

앞으로 제가 언급할 것은 N+ Poly Si Gate와 P type Substrate를 사용하는 MOS Capacitor를 주로 언급할 것입니다.

(MOS Capacitor는 Gate와 Substrate의 Si의 Doping Type에 따라 굉장히 다른 Energy Band Diagram을 보여줍니다.)

이번 포스팅은 여기까지입니다.