MOSFET과 BJT의 차이 – 왜 FET을 더 많이 쓸까?

두 개의 대표적인 전자 스위치, 무엇이 다른 걸까?

반도체 회로의 핵심은 전류를 제어하는 능력입니다.
이를 위해 사용되는 가장 대표적인 능동 소자가 바로 BJT(바이폴라 트랜지스터)와 MOSFET(금속산화막 반도체 전계효과 트랜지스터)입니다.

두 소자 모두 스위칭, 증폭, 전력 제어 등의 목적으로 사용되지만, 작동 방식과 회로 특성은 매우 다르며, 설계자가 어떤 소자를 선택하느냐에 따라 회로의 성능, 안정성, 전력 효율까지 달라집니다.

오늘날 대부분의 회로에서 BJT보다 MOSFET이 훨씬 더 많이 사용되는 이유는 무엇일까요?
이번 글에서는 MOSFET과 BJT의 근본적인 차이, 각자의 장단점, 그리고 실무에서 MOSFET이 더 선호되는 이유까지 정리해보겠습니다.

 

 

기본 구조와 동작 원리의 차이

BJT(Bipolar Junction Transistor)는 전류 제어형 소자입니다.

• 입력(BE)에 전류를 흘려줌으로써 출력(CE)에 더 큰 전류를 흐르게 하는 방식으로 동작합니다.
• 베이스(Base), 이미터(Emitter), 컬렉터(Collector) 세 단자로 구성됩니다.

반면, MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)는 전압 제어형 소자입니다.

• 게이트(Gate)에 전압을 인가하여 채널을 만들고, 그 채널을 통해 드레인(Drain)과 소스(Source) 사이에 전류를 흐르게 합니다.

이처럼 BJT는 전류로 제어하고, MOSFET은 전압으로 제어하는 차이가 있으며, 이 구조적 차이로 인해 소비 전력, 속도, 발열, 집적도 등에서 큰 차이를 만들어냅니다.

 

 

소비 전력과 발열 특성

실무에서 가장 먼저 비교되는 요소는 소자의 소비 전력과 발열 특성입니다.
BJT는 동작을 위해 베이스에 일정한 전류를 계속 흘려야 하므로, 항상 전력이 소모됩니다. 이로 인해 발열도 상대적으로 높고, 회로 설계 시 발열 제어가 필수입니다.

반면, MOSFET은 게이트에 전압을 인가하는 방식이기 때문에, 정적 상태에서 거의 전류가 흐르지 않아 소비 전력이 매우 낮습니다.
이러한 특성 때문에 전력 효율이 중요한 회로나 배터리 기반 장치에서 MOSFET이 압도적으로 유리합니다.

 

 

집적도와 제조 공정상의 이점

현대 반도체는 수십억 개의 트랜지스터를 칩 위에 집적합니다. 이때 중요한 요소가 바로 소자의 크기와 집적도입니다.

MOSFET은 단순하고 평면적인 구조를 가지고 있어, 미세 공정으로 집적하기에 훨씬 적합합니다. 반면, BJT는 구조가 상대적으로 복잡하고, 고전류 소자일수록 크기가 커지므로 집적화에 불리합니다.

이런 이유로 CPU, GPU, 메모리 등 대규모 집적 회로에서는 거의 전부 MOSFET 기반의 CMOS 구조가 사용됩니다.

 

 

속도와 주파수 응답 특성

속도 면에서는 용도에 따라 장단점이 갈립니다.

• BJT는 고주파 대역에서의 증폭 특성이 우수하여 RF 회로나 오디오 증폭 등에 여전히 사용됩니다.
• MOSFET은 스위칭 속도가 빠르지만, 기생 커패시턴스에 따라 응답 속도가 떨어질 수 있어, 매우 고주파 영역에서는 설계 최적화가 필요합니다.

하지만 디지털 회로나 전력 회로에서는 MOSFET이 충분한 속도를 제공하고, 효율 면에서 더 뛰어나기 때문에 일반적으로 선택됩니다.

 

스위칭 회로에서의 차이

스위칭 회로에서는 BJT와 MOSFET의 동작 특성이 명확히 갈립니다.

• BJT는 스위칭 시 과도하게 전류가 흐르며, 포화/차단 상태 전환에 시간이 필요합니다.
• MOSFET은 Gate 전압만 빠르게 전환하면 즉시 On/Off 전환이 가능하며, 고속 스위칭이 가능하고 손실이 적습니다.

이런 특성 때문에 전력 컨버터, 모터 제어, DC-DC 회로, 전원 관리 IC 등에서는 대부분 MOSFET이 사용됩니다.

 

실무에서의 선택 기준

그렇다면 BJT는 완전히 사라진 소자일까요?
그렇지 않습니다. 여전히 고전류 전력 제어, 고정밀 아날로그 증폭기, RF 회로 등 특화된 용도에서는 BJT가 더 적합한 경우도 많습니다.

하지만 대다수의 회로에서, 특히 전력 소비를 최소화해야 하거나 회로 집적도가 중요한 경우, 설계의 유연성이 필요한 경우, MOSFET이 훨씬 더 유리하기 때문에 현대 회로의 90% 이상이 MOSFET 기반으로 설계되고 있다고 봐도 과언이 아닙니다.

 

 

전압 스윙과 구동 회로의 차이도 존재한다

MOSFET과 BJT는 입력에 필요한 구동 방식도 서로 다릅니다.
BJT는 베이스 전류를 흘려줘야 하기 때문에, 회로에 전류 구동이 가능한 드라이버가 반드시 필요합니다. 반면 MOSFET은 문턱 전압 이상만 인가되면 동작하기 때문에, 단순한 로직 회로나 마이크로컨트롤러에서도 쉽게 구동할 수 있습니다.

또한, MOSFET은 전압 스윙의 범위가 넓고 스위칭 특성이 명확해 디지털 회로에서 유리하며, BJT는 아날로그 증폭 회로에서 미세한 전류 조절이 필요한 상황에서 적합합니다.
이런 점들까지 고려하면, 설계 유연성 측면에서도 MOSFET이 범용성 면에서 훨씬 우위를 점하고 있다는 것을 알 수 있습니다.

 

 

MOSFET은 현재와 미래의 주역

BJT는 반도체 산업 초기에 큰 역할을 했지만, 소형화, 저전력, 고집적 회로의 시대가 오면서 그 자리를 MOSFET에게 점점 넘기고 있습니다.
전압 제어 방식이라는 특성, 낮은 소비 전력, 높은 집적성, 빠른 스위칭 속도는 현대 전자기기의 거의 모든 요구 사항을 충족시키기 때문입니다.

그래서 오늘날의 디지털 회로나 전력 시스템에서 설계를 시작한다면, MOSFET은 가장 기본이자 표준이 되는 소자라 할 수 있습니다. 하지만 특정 목적에는 여전히 BJT가 강점을 가지므로, 두 소자의 차이를 정확히 이해하고 상황에 맞게 선택하는 것이 엔지니어의 실력입니다.