7.FET란?

FET란 전계효과트랜지스터(Field effect transistor)를 가르키는 말인데 FET는 일반적인 접합트랜지스터와 외관은 거의 유사하지만 내부구조와 동작원리는 전혀 다른 것입니다. FET는 각종 고급 전자기계와 측정장비, 자동제어회로 등에 이용되고 있습니다. 이와같은 FET는 구조에 의해 분류하면 접합FET(J-FET)와 MOS FET의 두 종료가 있으며 이것들은 각각 전류의 통로가 P형 반도체로 된 P체널형과 전류의 통로가 N형 반도체로 된 N체널 형이 있습니다. P체널형은 정공이 전류를 운반하는 것으로 PNP형 TR과 비슷하고 N체널형은 전자가 전류를 운반하는 것으로 NPN형의 TR과 비슷합니다.

:: P체널형 접합 FET

위의 그림은 P체널 접합 FET의 구조입니다. 이것은 P형 반도체의 측면에 N형 반도체를 접합하고 P형 반도체의 양단과 측면에 부착된 N형 반도체로부터 각각 리드를 내놓은 것인데 측면에 나온 리드는 게이트(G: Gate)이고 P형 반도체의 양단에서 나온 두개의 리드중 한쪽은 소스(S: Source)라 하며 다른 한쪽은 드레인(D : Drain)이라고 합니다. 위의 그림의 우측은 P채널 접합 FET를 나타내는 기호입니다. 게이트에 표시된 화살표는 게이트 접합부의 순방향을 나타낸 것으로 P채널 형임을 알려 주는 것입니다. 화살표가 TR에서 밖으로 나오는 방향으로 있을때는 P체널 형이고, 밖에서 TR쪽으로 들어가는 방향일때는 N체널 형입니다. FET가 동작할 때는 드레인과 소스간에 전류가 흐르는데 위의 그림에서는 전류가 흐르는 통로가 P형 반도체로 되어 있기 때문에 P체널 형이라고 합니다. FET의 명칭 가운데서 2SJ11, 3SJ11등과 같이 J형으로 되어 있는 트랜지스터는 P체녈 형의 FET입니다. 위의 그림과 달리 게이트가 2개로 되어 있는 경우도 있습니다. 게이트가 2개로 되어 있는 것은 2개의 게이트가 내부에서 연결되어 있지 않고 개별적으로 나와있는 것입니다.

:: N체널형 접합 FET

위의 그림은 N형 반도체의 측면에 P형 반도체를 접합하고 N형 반도체의 양단과 측면에 있는 P형 반도체로부터 각각 리드를 내놓은 것인데 이것은 N체널 접합 FET입니다. FET의 명칭 가운데서 2SK11, 3SK14등과 같이 K형으로 되어 있는 트랜지스터는 N체녈 형의 FET입니다.

:: MOS FET

위의 그림은 MOS(Metal Oxide Semiconductor)형 FET의 구조입니다. P형 반도체의 기판에 N형 반도체를 만들고 N형 반도체의 표면에 알루미늄으로 된 게이트를 부착시킨 것인데 N형 반도체와 게이트사이에는 실리콘 산화물의 엷은 막을 형성시켜서 절연도가 매우 높게 하였습니다. 위의 그림의 좌측에는 N형 반도체 양단에서 나온 두개의 리드중 한쪽은 드레인이고 다른 한쪽은 소스인데 이와같은 구조로 된 것을 디플레이션(depletion)형 MOS FET이라고 합니다. 그림 중간의 것은 인핸스먼트(enhancement)형 MOS FET라고 하는 것의 구조도로, 이것은 N체널이 없는 것으로 되어있으나 동작시에는 실리콘산화물의 엷은 막 옆에 N체널이 형성됩니다. FET와 접합 트랜지스터를 비교하면 FET의 드레인은 TR의 콜렉터와 같고, 소스는 이미터와 같으며, 게이트는 베이스와 같습니다. 그리고 P체널형은 PNP형과 비슷하고 N체널형은 NPN형 TR과 비슷하기 때문에 PNP형 TR의 콜렉터에 -전압을 공급하는 것과 마찬가지로 P체널 FET의 드레인에는 -의 전압을 공급하고, NPN형 TR의 콜렉터에 +전압을 공급하는 것 처럼 N체널 FET의 드레인에는 +전압을 공급해야 합니다.

:: FET의 동작원리

위의 그림과 같이 N체널 접합 FET의 드레인과 소스에 드레인이 +가 되는 방향으로 전압을 공급하면 (이것을 드레인 전압이라고 함) N형 반도체 내에 산재하여 있는 과잉전자가 소스전극에서 드레인전극 측으로 이동하여 드레인 전류 ID가 흐릅니다. 이 때 아래의 그림과 같이 게이트와 소스간에 역방향 전압을 공급하면(이것을 게이트전압이라고 함) 게이트의 -전압에 의해 N체널 내에 전자가 반발당하여 공핍층이 생깁니다. 이때 생긴 공핍층은 전자가 없는 부분으로 절연영역이므로 전자가 이동할 수 있는 통로(체널)가 좁아져서 드레인전류 ID는 감소합니다. 여기에서 만약 역방향 전압을 더욱 증가시킨다면 통로는 더욱 좁아져서 ID는 더욱 감소하게 됩니다.