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박식한어치188
박식한어치188

Off current가 증가함에 따라 breakdown voltage가 낮아지는 이유가 무엇인가요?

고2 학생입니다.. finfet을 조사하던 중, planar-fet의 단점중 하나로 short channel effect에 대해 알게 되었는데, 이 설명에 off current가 증가함에 따라 breakdown voltage가 낮아진다는 것이였는데요..

누설전류의 일종인 off current가 흐르게 되는거랑 항복전압이 낮아진다는 것이랑은 무슨 상관이 있는건가요?

그리고 항복전압과 문턱전압의 차이가 뭔가요?

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2개의 답변이 있어요!
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  • 탈퇴한 사용자
    탈퇴한 사용자

    안녕하세요! 손성민 과학전문가입니다.

    먼저 Short Channel Effect에 대해 설명드리겠습니다. Short Channel Effect는 반도체 소자의 채널 길이가 짧아질수록 발생하는 현상으로 채널 길이가 짧아지면서 발생하는 누설 전류인 Off current가 증가하게 됩니다. 이는 채널 길이가 짧아지면서 전자가 채널을 통과하는 시간이 짧아지기 때문에 발생하는 현상입니다.

    그리고 이러한 누설 전류가 발생하면 항복 전압이 낮아지게 됩니다. 항복 전압은 소자가 가지고 있는 전압을 견딜 수 있는 최대 전압을 의미합니다. 따라서 누설 전류가 발생하면 항복 전압이 낮아지게 되고 이는 소자의 성능을 저하시키는 요인이 됩니다.

    그리고 문턱 전압과 항복 전압의 차이에 대해 설명드리겠습니다. 문턱 전압은 소자가 동작하기 위해 필요한 최소한의 전압을 의미합니다. 즉 소자가 동작하기 위해서는 문턱 전압 이상의 전압이 필요합니다. 반면 항복 전압은 소자가 가지고 있는 전압을 견딜 수 있는 최대 전압을 의미합니다. 따라서 문턱 전압보다 항복 전압이 높아야 소자가 안정적으로 동작할 수 있습니다. 이는 누설 전류가 발생하면 소자 내부에서 열이 발생하게 되고 이 열이 소자의 구조를 파괴하면서 항복 전압이 낮아지게 됩니다.

    항복 전압과 문턱 전압의 차이는 소자의 안정성과 성능에 큰 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 따라서 소자 설계 시 항복 전압과 문턱 전압을 적절히 고려하여 최적의 소자를 설계하는 것이 중요합니다. 감사합니다.

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  • 탈퇴한 사용자
    탈퇴한 사용자

    안녕하세요. 김형준 과학전문가입니다.

    FET (Field-Effect Transistor) 기술에서 "short channel effect"는 FET의 채널 길이가 짧아질 때 나타나는 현상 중 하나입니다. 이 현상은 주로 고작동 주파수와 고성능 요구 사항이 있는 짧은 채널 길이의 반도체 소자에서 발생합니다. Short channel effect 중에 하나는 "off current" 또는 누설 전류 증가입니다.

    1. Off Current와 Breakdown Voltage의 관계:

    - Off current는 FET가 꺼져 있을 때에도 약간의 전류가 흐르는 현상을 나타냅니다. 이것은 반도체 소자의 누설 전류로서, 작은 전류가 비활성 상태일 때 흐르게 됩니다. Short channel effect로 인해 채널 길이가 짧아지면 누설 전류가 증가하게 되고, 이로 인해 FET의 off current가 증가합니다.

    - Breakdown voltage는 FET의 채널이 활성화되는 지점인 threshold voltage (문턱전압)보다 높은 전압을 나타냅니다. 채널이 활성화되면 FET가 동작하기 시작하며 전류가 흐르게 됩니다. Short channel effect로 인해 누설 전류가 증가하면, 누설 전류에 의해 채널이 활성화되는데 필요한 전압이 감소하게 되므로 Breakdown voltage가 낮아질 수 있습니다.

    2. 항복전압과 문턱전압의 차이:

    - 항복전압(Breakdown Voltage): FET의 소자가 비정상적으로 높은 전압에 노출될 때, 절연체가 파괴되고 전류가 급증하는 지점의 전압을 나타냅니다. 이것은 FET 소자의 안전한 작동 범위를 벗어난 경우입니다.

    - 문턱전압(Threshold Voltage): FET 소자가 동작하기 시작하는 데 필요한 최소한의 게이트 전압을 나타냅니다. 채널이 활성화되면 FET가 동작하기 시작하며 전류가 흐르게 됩니다. 문턱전압은 FET 소자의 기본 동작을 결정합니다.

    Short channel effect로 인해 Breakdown voltage가 낮아지면, FET 소자가 과도한 전압에 민감해지고, 누설 전류가 증가하여 off current가 증가할 수 있습니다. 이로 인해 FET의 동작이 불안정해질 수 있으며, 이러한 현상을 최소화하기 위해 다양한 기술적인 접근법과 장치 구조 변경이 연구되고 있습니다.