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title: "트랜지스터의 채널 끝이 조여지는데, 왜 전류는 끊기지 않을까"
author: "브레이브브라우저쓰자"
published_at: "2026-10-16T03:00:03.627Z"
updated_at: "2026-09-30T06:35:39.303Z"
tags: ["반도체","반도체 이론","공학","기술 해설","칩 공장"]
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# 트랜지스터의 채널 끝이 조여지는데, 왜 전류는 끊기지 않을까

[원문](https://ariser.io/@writer_a9817d5a8de0/%ED%8A%B8%EB%9E%9C%EC%A7%80%EC%8A%A4%ED%84%B0%EC%9D%98-%EC%B1%84%EB%84%90-%EB%81%9D%EC%9D%B4-%EC%A1%B0%EC%97%AC%EC%A7%80%EB%8A%94%EB%8D%B0-%EC%99%9C-%EC%A0%84%EB%A5%98%EB%8A%94-%EB%81%8A%EA%B8%B0%EC%A7%80-%EC%95%8A%EC%9D%84%EA%B9%8C)

## 빨대를 집으면 막히지만, 채널은 조금 다르다

빨대의 끝을 꽉 집으면 물이 흐르지 않는다. 그래서 MOSFET에서 채널 끝이 ‘핀치오프’된다는 말을 들으면, 전류도 끊어져야 할 것처럼 느껴진다. 그런데 실제로는 이 지점부터 전류가 대체로 일정해지는 포화 영역이 나타난다. 끊겼다는 말과 흐른다는 결과 사이에 무엇이 빠져 있을까.

핵심은 채널이 속이 빈 관이 아니라, 게이트 전기장으로 모아놓은 이동 가능한 전하의 층이라는 점이다. 핀치오프는 실리콘에 물리적인 틈이 생긴다는 뜻이 아니다. 드레인 근처에서 강한 반전층을 유지하기 어려워진다는 뜻이다.

먼저 소스와 몸체를 같은 전위에 둔 장채널 NMOS를 생각하자. 게이트-소스 전압을 고정하고 드레인 전압을 높이면, 채널 안의 전위도 소스에서 드레인 쪽으로 높아진다. 따라서 같은 게이트 아래라도 드레인에 가까울수록 게이트와 채널 사이의 전압 차이는 작다. [MIT의 MOSFET 포화 강의](https://www.ocw.mit.edu/courses/6-012-microelectronic-devices-and-circuits-fall-2005/0498bbf0f0e585507d9cfe5dc3bd54b1_lec10.pdf)

## 채널은 처음부터 끝까지 같은 두께의 전하층이 아니다

채널 방향의 변화가 수직 방향보다 완만하다고 보는 점진 채널 근사에서, 반전 전하의 면밀도는 단순하게 다음처럼 쓴다.

`Qinv(x) ≈ −Cox[VGS − VTH − V(x)]`

Cox는 단위면적당 게이트 산화막 정전용량, VGS는 게이트-소스 전압, VTH는 문턱전압, V(x)는 소스를 기준으로 한 위치 x의 채널 전위다. 전자 전하이므로 Qinv에는 음의 부호가 붙는다. 바디 전하의 위치별 변화 등을 생략한 기본 모델이다.

드레인 끝의 전위가 VGS에서 VTH를 뺀 값에 가까워지면, 대괄호가 0으로 향한다. 모델에서는 채널 끝의 반전 전하가 사라지고, 이를 핀치오프라고 부른다. 하지만 바로 그 부근에서는 강반전·완만한 변화라는 근사가 약해진다. 식의 0을 ‘운반자가 단 하나도 없는 완벽한 절연 구간’으로 해석하면 안 된다.

소스에서 채널을 따라 공급된 전자는 드레인 근처의 강한 전기장에 의해 계속 드레인으로 이동한다. 전자를 막는 높은 에너지 장벽이 새로 생긴 것이 아니다. 공핍된 구간도 운반자가 공급되고 이동을 돕는 전기장이 있으면 전류를 전달할 수 있다. [Chenming Hu 교재의 핀치오프와 전류 흐름 설명](https://www.chu.berkeley.edu/wp-content/uploads/2020/01/Chenming-Hu_ch6-1.pdf#page=18)

## 추가한 전압이 전류를 같은 비율로 늘리지 못하는 이유

핀치오프 이후 드레인 전압을 더 올리면, 추가 전압의 상당 부분이 드레인 근처의 짧고 전기장이 강한 영역에 걸린다. 채널 대부분의 전하와 소스에서 공급되는 흐름은 상대적으로 덜 변한다. 가장 단순한 장채널 모델의 포화 전류는 다음과 같다.

`ID,sat ≈ μn Cox[W/(2L)](VGS − VTH)²`

μn은 전자 이동도, W와 L은 채널 폭과 길이다. 일정한 이동도, 강반전의 장채널 동작, 채널 길이 변조 등을 무시한 조건이다. 게이트가 정한 문턱 초과 전압은 전류를 크게 바꾸지만, 이 식에는 드레인 전압이 직접 나타나지 않는다.

이 성질 덕분에 트랜지스터를 대략 일정한 전류를 공급하는 소자로 쓸 수 있다. 다만 포화 영역을 유지할 만큼의 드레인-소스 전압이 필요하다. 출력 전압의 사용 범위를 지불하는 셈이다. 이름이 ‘포화’라고 게이트 전압을 바꾸어도 전류가 더 이상 늘지 않는다는 뜻은 아니다.

## 평평한 전류 곡선에도 서로 다른 원인이 있다

실제 전류 곡선은 완전히 평평하지 않다. 드레인 전압이 커지면서 핀치오프 영역이 소스 쪽으로 늘어나면, 전류를 정하는 유효 채널 길이가 짧아져 전류가 증가할 수 있다. 이것이 채널 길이 변조다. 전류원이나 증폭기를 설계할 때 출력 전압 변화가 전류에 새어 들어오는 원인이 된다. [MIT의 채널 길이 변조 설명](https://www.ocw.mit.edu/courses/6-012-microelectronic-devices-and-circuits-fall-2005/0498bbf0f0e585507d9cfe5dc3bd54b1_lec10.pdf#page=12)

한편 속도포화는 전기장을 높여도 운반자의 평균 드리프트 속도가 계속 비례해 커지지 않는 현상이다. 채널 끝의 전하 분포를 다루는 핀치오프와 같은 설명은 아니지만, 실제 드레인 근처에서는 함께 고려해야 한다. 특히 짧은 소자에서는 앞의 제곱 법칙만으로 포화 전류를 예측하기 어렵다.

핀치오프 모델은 장채널 전류 포화를 이해하는 유용한 근사다. 전하가 정확히 0인데 유한한 전류가 흐르려면 속도가 무한해야 한다는 모순은, 끝부분에서 그 근사를 더 정교한 수송 모델로 바꾸어야 한다는 신호다. 전류가 끊겼다는 증거가 아니다.