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유용한 전기실험이 많은 블로그에서 재미있는 실험을 보았다. MOSFET을 이용하여 정전기 극성을 탐지하는 장치이다.

(출처) http://thomson.tistory.com/968  

(다른 모스펫 테스트) http://lejoose.tistory.com/66

하지만 MOSFET이 너무 작아 납땜이 어려워 학생들이나 선생님들이 만들기 어려워서 브레드보드에 꽂아 만들 수 있게 수정하여 보았다. 

MOSFET 작동 원리

 MOSFET은 반도체 소자 위에 절연물질(금속산화물)을 놓고 그 위에 단자를 놓아 전류의 흐름을 조절하는 트랜지스터이다. 아래 그림은 N채널 MOSFET의 구조이다. P형 반도체와 강하게 도핑된 N형반도체(N+)를 그림과 같이 배치하고 각각의 N형 반도체에 전극을 붙인다. 각 전극은 드레인, 소스라고 부른다. 단자의 반도체 구조는 같지만 전하 운반자의 이동 방향을 기준으로 단자의 이름을 붙인다. N형 반도체 사이의 공간을 채널 이라고 부르는데 채널 위에 금속산화물을 입힌 뒤에 게이트 전극을 붙인다. 게이트와 채널 사이는 금속산화물로 절연되어있다.

MOSFET의 구조

 전기장이 없을때의 MOSFET은 아래 그림과 같다. 만약 전기장 효과로 게이트에 (+)전하들이 모이게 되면 채널 부분에 (-)전하가 유도된다. 유도된 전하들은 소스와 드레인을 전기적으로 연결하는 통로 역할을 하게 된다. 소스와 드레인이 전기적으로 연결되어있기 때문에 전하 운반자(N형에서는 전자, P형에서는 양공)는 소스에서 드레인으로 흐를 수 있다. 만약 전기장이 사라진다면 채널은 사라지게 되고 소스와 드레인 사이에 전류가 흐를 수 없게 된다. P채널 MOSFET은 N채널 MOSFET과 반대의 반도체 배열을 가지고 있다.

전기장이 없을때의 상태

전기장이 있을때의 상태

 아래 그림과 같이 대전체의 전기장을 이용하여 각 채널을 동작 상태로 만들 수 있다.

게이트에 (+) 대전체를 가까이 했을 때 (N채널)

게이트에 (-) 대전체를 가까이 했을 때 (P채널)

 아래 그림과 같이 대전체를 가까이 하지 않았을 때는 소스와 드레인 사이에 채널이 형성되지 않아 회로에 전류가 흐르지 않는다. 만약 (+)으로 대전된 대전체를 가까이 하면 채널이 형성된다. 형성된 채널은 전류의 통로가 되어 회로에 전류가 흐를 수 있게 해주어 LED에 불이 들어온다. 

대전체를 대지 않았을 때의 상태

대전체를 가까이 하였을 때의 상태