[전자/디스플레이/회로]NMOS PMOS Inverter 동작 (디스플레이에서는 왜 CMOS가 아닌 NMOS PMOS로 만 회로 설계 할까?)

안녕하세요. "기억하고자 하는 모든 것"을 담아내는 "리멤버미" 입니다.

 

지난 시간에 CMOS Inverter 동작에 대해 알아봤는데요.

이번시간에는 NMOS와 PMOS를 Inverter 설계 시 어떻게 동작하고 구성되는지 알아보겠습니다.

 

그리고 왜 디스플레이 설계 시에는 NMOS나 PMOS로만 회로 설계 하는지도 살펴보겠습니다.

 

[전자/디스플레이/회로]CMOS Inverter 동작

 

먼저 NMOS와 PMOS로만 회로 구성을 하는 이유는

 

첫번째 디스플레이용 반도체인 a-Si 과 Oxide TFT는 N-channel Transistor로만 사용 가능하기 때문입니다.

a-Si과 Oxide의 전자 이동도는 높지만 정공 이동도는 너무 낮아서 P-channel (P-type)으로 사용이 어렵습니다.

LTPS의 경우 정공 이동도도 만족하지만 N-type과 P-type Transistor를 모두 쓰기 위해서는 구조가 복잡해지고 제조비용이 많이 올라가게 됩니다.

그래서 LTPS를 적용한다 하더라도 PMOS 로만 구성하거나 NMOS로만 구성하게 됩니다.

 

그러면 NMOS와 PMOS의 구조는 어떻게 되어있을까요?

 

아래와 같이 Vin이 2개의 Transistor에 모두 연결되어있으면 함께 켜지거나 꺼지기 때문에 inverter로써의 동작을 할 수 없습니다.

그래서 하나의 Transistor에만 Vin을 연결해주고 하나는 Vdd나 Vss와 연결을 해줌으로써 always turn on 되도록 해줍니다.

하나의 Transistor가 항상 켜져 있다면 Inverter로 동작이 잘되나요? 문제가 되지 않을까요? NMOS의 경우로 한번 살펴보시죠.

 

아래 그림과 같이 입력전압 Vin이 10V가 입력된다면 위아래 Transistor가 모두 on이 된 상태입니다.

그러면 Vdd에서부터 Vss까지 전류가 쭉흐르기 때문에

중간 노드인 Vout은 위아래 Transistor의 저항비에 의해 Vout의 전압이 결정됩니다.

 

아무래도 0V에 가깝게 전압을 만들어줘야 inverter 로써 역할을 잘한다고 할 수 있겠죠?

그러므로 R1은 크게 R2는 작게 저항을 설정해 줍니다.

 

NMOS와 마찬가지로 PMOS도 저항비로 설계됩니다.

 

그럼 다음시간엔 이렇게 저항비로 Vout을 했을때 곧 NMOS와 PMOS로만 했을때 어떤 문제들이 발생하는지 짚어보겠습니다.