하만(Harman) 세미콘 아카데미 33일차 - Full Custom IC One chip 설계(mobaxterm 설치, 다이오드, MOSFET, NMOS, PMOS, CMOS Schematic)

[2024.04.23.화] 인천인력개발원 하만 세미콘 아카데미

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mobaxterm 설치

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1. https://mobaxterm.mobatek.net/download.html 접속
2. Installer Edition 설치

 
3. 설치 완료

 
4. session - SSH 선택 후 내용 입력

 
5. 코드 입력

 
6. Tool - Library Manager, Library Path Manager 열기

 

5번에 내용 입력 후 File - Save 후 변화 확인

gpdk090이 생성됨

 
7. gpdk090 Library 선택 시 다양한 소자 확인 가능

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PN junction & MOSFET

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1. Introduction

• IC(Integrated Circuits): 집적 회로. 많은 트랜스터가 있는 칩
  • VLSI: Very Large Scale Integration

2. Doping(도핑)

• 순수 반도체 실리콘에 Dopant를 추가하는 과정
• 도핑을 통해 전도성 증가
• 5족 원소 추가: n-type 반도체(전자 개수 우세)
• 3족 원소 추가: p-type 반도체(정공 개수 우세)

3. p-n junction

• p-type 반도체와 n-type 반도체의 접합
• 전류의 흐름은 p-type -> n-type 으로만 가능
• 전류의 흐름: Anode -> Cathode

4. MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor

• 종류: NMOS, PMOS
• 구성: Gate, Source, Drain, Body

4-1. NMOS(N-type MOSFET)

NMOS 구조

NMOS 심볼

• Body: 일반적으로 GND(0V)에 연결
• Gate: 0V면 Field Effect 형성 X -> NMOS OFF / 5V면 NMOS ON
• Oxide: SiO2, 두께 단위로 옴스트롱(Å = 10^-10m) 사용 

NMOS의 입체구조

• 드레인전류(I_D)를 높이기 위해 변경 가능한 값: Width(W)
  • 전자 이동도, Cox는 상수
  • Vgs와 Vth는 동작전압이 미리 결정되므로 변경 불가
  • L은 xnm 공정에 따라 최소값 결정
  • W 증가를 통해 드레인전류 상승 가능
• NMOS 동작 방식
  1. Gate에 HIGH(5V) 인가
  2. 전계 형성(Field Effect)
  3. 전계에 의해 Oxide 아래에 전자 모임 (수직 전계에 의해 Body의 전자만 이동)
  4. 전자에 의해 Channel 생성(Vth 이상의 수직 전계에서 생성) - 전자에 의한 Channel이므로 n-Channel, NMOS
  5. Source에 0V, Drain에 5V 인가 시 수평 전계 형성
  6. 전자가 Source -> Drain으로 이동(전류 흐름)

 
4-2. PMOS(P-type MOSFET)

PMOS 구조

PMOS 심볼

• NMOS와 반대로 동작
• Body에 5V 인가, Gate 0V -> PMOS ON
• 전류를 흐르게 하려면 Source에 5V, Drain에 0V 인가

5. CMOS Inverter(NOT Gate)

• NOT Gate를 CMOS로 표현하면 다음과 같다

  

• A = 5V -> PMOS OFF, NMOS ON -> Y = 0V
• A = 0V -> PMOS ON, NMOS OFF -> Y = 5V

6. CMOS NAND Gate

• NAND Gate를 CMOS로 표현하면 다음과 같다

  

7. CMOS NOR Gate

• NOR Gate를 CMOS로 표현하면 다음과 같다

  

8, 위와 같이 CMOS를 이용하여 NAND, NOR 게이트를 표현하는 방법: CMOS Schematic

• F=~Y일 때
  • Y가 AND연산이면 NMOS끼리 직렬연결, PMOS끼리 병렬연결
  • Y가 OR연산이면 NMOS끼리 병렬연결, PMOS끼리 직렬연결
• Example1: F = ~(A*B+C)
  1. A와 B를 입력으로 하는 NMOS끼리 직렬, PMOS끼리 병렬연결
  2. C를 입력으로 하는 PMOS를 앞의 PMOS에 직렬, C를 입력으로 하는 NMOS를 앞의 NMOS에 병렬연결

  

• Example 2: F = ~(A*B+C*D)

  

• Example 3: 다음 회로의 CMOS Schematic 구성

 

• Example 4: 다음 회로의 CMOS Schematic 구성