MOSFET Second-Order Effects(4) - Voltage Limatations, Punch-Through [Razavi][Ch2]

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출처: Behzad Razavi, Design of Analog CMOS Integrated Circuits, Second Edition

Chapter 2 - Basic MOS Device Physics (pg.26)

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2.3. Second-Order Effects

이 단원 전까지는 MOS 구조를 쉽게 이해하기 위해, 실제 아날로그 회로와는 맞지 않는 여러 가지 가정을 붙였습니다.

이 단원에서는 실제 회로 동작에 가깝고, 이후의 회로 분석에 매우 중요한 4개의 second-order effect를 알아볼 것입니다.

바로 body effect, channel-length modulation, subthreshold conduction, punch-through입니다. 

이 포스팅에서는 이 중 가장 설명이 간단한 punch-through에 대해 알아보겠습니다. 

 

다른 second-order effect에 대한 내용은 아래 링크들에 정리되어 있습니다. 

2024.10.06 - [반도체 소자] - [Razavi][Ch2] MOSFET Second-Order Effects(1) - Body Effect

[Razavi][Ch2] MOSFET Second-Order Effects(1) - Body Effect

2024.10.06 - [반도체 소자] - [Razavi][Ch2] MOSFET Second-Order Effects(2) - Channel Length Modulation

[Razavi][Ch2] MOSFET Second-Order Effects(2) - Channel Length Modulation

2024.10.06 - [반도체 소자] - [Razavi][Ch2] MOSFET Second-Order Effects(3) - Subthreshold Conduction

[Razavi][Ch2] MOSFET Second-Order Effects(3) - Subthreshold Conduction

 

 

Voltage Limitations

MOSFET의 terminal 간 전압차들이 특정 값을 넘어가면, MOSFET에 원치 않는 동작이 생깁니다. 

Vgs가 높으면, gate oxide가 irreversible하게 무너져(break down) transistor가 망가집니다.

Short-channel device에서는, 매우 큰 Vds가 drain 근처의 depletion region을 넓혀서, depletion region이 source 근처까지 침투하게 됩니다.

그러면 source 근처의 전자가 depletion region을 통해 직접적으로 이동하면서 아주 큰 drain current가 생기는데, 이를 "punch-through"라고 합니다.

Punch-through가 발생하면 Vgs의 값과 관계없이 큰 drain current가 흐르게 되어, 회로 관점에서 부정적인 효과입니다.

 

출처: Vasileska, Dragica & Klimeck, Gerhard. Tutorial for PADRE-Based Simulation Modules (PN Junction Lab, MOSCap Lab, BJT Lab, MOSFET Lab, MESFET Lab).

 

Breakdown 없이도, MOSFET의 특성은 terminal 전압차가 특정 값을 넘어가면 영구적으로 바뀔 수 있습니다.

이는 Chapter 17에 자세히 설명됩니다.