6.3 표면 이동도와 고이동도 FET (Surface Mobilities and High-Mobility FETs) (2)

6.3.2 GaAs MESFET

 > 캐리어 이동도가 크면 캐리어는 더 빠르게 움직이고 트랜지스터는 고속으로 작동할 수 있다.

 

 > 속도를 증가시킬 수 있는 방법 중 Si 대신 이동도가 높은 물질 Ge이나 Strained Si 사용하는 것이다. 

 

 > 단결정 Ge나 SiGe는 단결정 Si-Sub 위에 에피택시 방법으로 기를 수 있다. 

 

 > 응용 소자에 따라서 NFET필요하고 정공의 이동도는 중요하지 않을 수 있다. 

 

 > MOSFET은 반도체~유전체 계면에 많은 Trap이 있기 때문에 해당 조건을 구현하기 어렵다. 

물질 별 모빌리티	Si	Ge	GaAs	InAs
𝝁_𝒏	1400	3900	8500	30,000
𝝁_𝒑	470	1900	400	500

 

 > GaAs는 Si보다 높은 이동도를 가지고 있다.

 

 > MOS 게이트 대신 쇼트키 접합을 활용한 GaAs FET 게이트를 사용할 수 있다. 

 

 > 절연체가 없이 금속-반도체 접합을 활용하여 MESFET(Metal Semiconductor FET)이라고 한다. 

 

 > GaAs는 큰 에너지 갭 Eg와 작은 Intrinsic 캐리어 ni를 가지고 있어 매우 높은 비저항을 가져 부도체로 생각할 수 있다. 

 

 > 절연체 없이 도체와 반도체가 바로 접촉되기 때문에 입력 게이트 전류를 최소하 하기 때문에 쇼트키 장벽이 높아야 한다. 

 

 > 게이트로 역방향 전압이나 작은 순방향 전압이 가해지면 게이트 아래 공핍층이 늘거나 줄어든다. 

 

 > 공핍되지 않은 부분에서 전도 채널의 두께를 바꾼다. 

 

 > 따라서 캐리어들은 표면 반전층에서 흐르지 않기 때문에 표면 산화에 의해 이동도가 열화 되지 않는다. 

 

 > Vg=0에서 N 채널의 두께가 공핍층 보다 크면 Normally On 상태이며 Off 시키기 위해서 역방향 게이트 전압이 필요하다. 

 

 > 반대로 Vg=0에서 N 채널 두께가 공핍층 보다 작으면 Normally Off 상태이고 Turn On 시키기 위해 순방향 게이트 전압이 이 필요하다. 

 

 > Normally On 소자는 Depleteion Mode Transistor라 하고 Normally Off 소자는 Enhanced Mode Transistor라 한다. 

 

그림 6.8 Schematic of a Schottky gate FET called MESFET.

Reference 

-. Chenming Calvin Hu, Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits, PEARSON(2013)