[MOSFET] Body Effect 문턱 전압의 변화

 

MOSFET의 동작 메커니즘을 상기시켜 보자.

 

1. Vg(게이트 전압)를 인가한다. => Channel(채널)이 형성된다.
2. Vd(드레인 전압)를 인가한다. => Channel에  전류가 흐른다.

 

 

Body Effect

MOSFET은 단자가 4개인데 다루지 않은 것은 Body 단자만 남게 된다. (Source는 Drain의 상대적인 전위차로 전류를 흐르는데 영향을 미친다.)

 

Body 전압이 문턱전압에 영향을 미치게 되는데 문턱 전압을 조절하는 방법으로 사용될 수 있어 중요하다면 중요한 부분이다. 왜냐하면 문턱전압에 영향을 미치는 요인들은 대부분 물질의 종류나 특성에 의해 결정되는 것이므로 한계가 있으며 조절하기 매우 어렵기 때문이다.

 

수식적 해석

수식적으로 바디 전압을 고려한 문턱전압 Vt의 식을 정리하면 아래와 같다.

 

이 식에서 VB (Body Voltage)에 집중해 보자.

 

VB(Body 전압)가 작아지면 Vth(문턱 전압)가 커짐을 수식에 의한 그래프로 알 수 있다.

즉, -3V에서 -5V의 Body 전압이 바뀐다면 문턱 전압이 커진다.

 

정성적 해석

흔히 Gate와 Body 단자 간에 역 bias가 걸려 Vth가 작아지게 하여 Vth가 작아진다고 오해할 수 있다.. (역 bias가 걸려 Vg가 기존 Vth보다 작게 주었음에도 채널이 형성되는 효과)

 

하지만 실제로 Body 전압은 Source와 Drain 사이의 역 Bias가 걸려 공핍층이 확장되어 Vth가 커진다.

출처 : sk 하이닉스 블로그

이를 두 가지 효과로 나누어 메커니즘 적으로 보면 아래와 같다.

효과 1
1. Body 전압이 걸리면 Source~Body, Drain~Body 각 사이의 역 Bias가 걸린 상황이다.
2. Source~Body, Drain~Body 사이의 Depletion region이 커진다. => Vth 커짐
효과 2
1. 정공은 Body로 이동하고 자유전자는 Source, Drain쪽으로 이동한다.
2. Channel이 두꺼워진다. => Vth 살짝 낮아짐

 

Body Effect에 의해 문턱 전압(Vth)이 높아진다.

 

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