안녕하세요^^ 베네모아 입니다. 오늘은 모스펫 NMOS와 PMOS 간단 비교하는 내용과 DRAM에서 선택하는 모스펫 유형에 대해 정리하는 포스팅을 작성하려고 합니다. 반도체 전공을 하지 않은 분들도 쉽고 빠르게 파악할 수 있도록 정리했으니 끝까지 읽어주세요!
1️⃣ NMOS와 PMOS란?
NMOS (N형 금속산화물 반도체)
- 전도 입자: 전자 (Electron)
- 동작 원리: 게이트에 양(+) 전압을 걸면 전류가 흐르는 채널이 형성됩니다.
- 특징:
- 임계 전압 이상에서 ON
- 빠른 스위칭 속도
PMOS (P형 금속산화물 반도체)
- 전도 입자: 정공 (Hole)
- 동작 원리: 게이트에 음(-) 전압을 걸면 전류가 흐르는 채널이 형성됩니다.
- 특징:
- 임계 전압 이하에서 ON
- 전자보다 이동도가 느림 → 스위칭 속도 느림
2️⃣ NMOS와 PMOS 장단점
NMOS
✔ 장점
- 전자 이동도가 빨라 고속 스위칭에 유리
- 소형화 가능, 집적도 높음
✘ 단점
- ON 상태에서 전력 소비 많음
- 노이즈 마진 낮음, 전자 간섭에 취약
PMOS
✔ 장점
- ON 상태일 때 전력 소비 적음 → 저전력 회로에 적합
- 노이즈 내성 강함, 안정성 높음
✘ 단점
- 정공 이동도가 낮아 스위칭 속도 느림
- 동일 성능을 위해 크기가 더 큼
3️⃣ 진리표 (Truth Table)
| 트랜지스터 | 게이트 전압 | 상태 |
|---|---|---|
| NMOS | High (1) | ON |
| Low (0) | OFF | |
| PMOS | Low (0) | ON |
| High (1) | OFF |
4️⃣ NMOS vs PMOS 비교
| 항목 | NMOS | PMOS |
|---|---|---|
| 전하 운반자 | 전자 | 정공 |
| 동작 조건 | 게이트 전압 +일 때 ON | 게이트 전압 -일 때 ON |
| 스위칭 속도 | 빠름 | 느림 |
| 전력 소모 | 높음 | 낮음 |
| 노이즈 내성 | 낮음 | 높음 |
| 크기 | 작음 | 큼 |
| 활용 분야 | 고속 로직, CPU, 메모리 | 저전력 회로, 아날로그, CMOS |
✅ 결론:
- NMOS: 빠른 속도와 소형화가 중요한 경우 적합 (CPU, 고속 로직)
- PMOS: 전력 소모와 안정성이 중요한 경우 적합 (배터리 기반 장치)
- 대부분의 회로는 **NMOS + PMOS를 함께 사용(CMOS)**하여 속도와 전력 효율을 동시에 잡습니다.
5️⃣ DRAM에서 NMOS만 사용하는 이유
🔹 DRAM 셀 구조
- 1T-1C 구조: 1개의 NMOS + 1개의 커패시터
- 빠른 읽기/쓰기 속도 필요 → NMOS 사용
- 작은 면적 → 집적도 높임
- PMOS는 느리고 크기 때문에 DRAM 셀에는 부적합
🔹 웨이퍼 타입
- P형 웨이퍼 사용
- 이유: NMOS 형성을 위해 바닥이 P형이어야 N+ 소스/드레인 영역을 만들 수 있음
- NMOS 게이트 동작을 위해 PN 접합 구조 필수
- P형 웨이퍼를 사용하면 substrate biasing과 isolation 처리도 용이
| 구분 | 선택 | 이유 |
|---|---|---|
| 트랜지스터 종류 | NMOS만 사용 | 빠르고 작아서 DRAM에 적합 |
| 웨이퍼 타입 | P형 웨이퍼 | NMOS 형성을 위한 N+/P 접합 필요 |
6️⃣ FAQ
- NMOS와 PMOS를 바꾸면?
→ 회로가 의도대로 작동하지 않거나, 출력 로직이 반대로 바뀔 수 있습니다. - 전류 소스로는 NMOS가 더 좋은가요?
→ 일반적으로 NMOS가 더 안정적인 전류 공급이 가능합니다. - PMOS가 NMOS보다 크나요?
→ 네, 같은 성능을 내기 위해 더 넓은 면적이 필요합니다. - PMOS가 NMOS보다 저항이 큰가요?
→ 네, 정공 이동도가 낮기 때문에 내부 저항이 더 큽니다.
7️⃣ 정리
- NMOS: 빠르고 작지만 전력 소비 큼
- PMOS: 느리지만 전력 효율과 안정성 높음
- CMOS 회로: 두 종류를 함께 사용하여 속도와 전력 효율 모두 잡음
- DRAM: 빠른 속도와 집적도를 위해 NMOS + 커패시터, P형 웨이퍼를 사용
지금까지 모스펫 NMOS와 PMOS에 대해 간단히 정리해봤습니다. 반도체에서 P형 웨이퍼와 NMOS를 주로 사용하는 이유에 대해 이제 완벽히 이해했으니 어느 정도 모스펫에 대한 이해도가 상승한 기분이 듭니다. 다들 잘 참고가 됐기를 바라며 수정이 필요하거나 기타 요청사항이 있는 경우 댓글 부탁드리겠습니다^^.
