다이오드

다이오드(diode)는 저마늄이나 규소로 만들며 발광, 정류 특성 등을 지니는 반도체 소자를 말한다. 최초의 다이오드는 진공관으로 만들어졌다.

반도체 다이오드

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다이오드는 반도체의 PN 접합에 바탕을 두고 있다. PN 다이오드에서 전류는 P형 반도체(anode) 면에서 N형 반도체(cathode) 면으로만 흐를 수 있다.

다이오드의 전류-전압 특성 곡선은 PN 접합의 소위 depletion layer(소모층) 의 행동에 의한 것으로 해석된다. PN 접합이 처음 생성되면, N영역의 자유영역 전자들이 정공이 많은 P영역으로 확산된다. 자유 전자들이 정공과 결합한 후에는 정공은 사라지며 전자들은 더 이상 자유롭지 못하게 된다. 따라서 두 속성의 전하 캐리어들(정공과 전자)이 모두 사라지고, PN 접합 주변 지역은 마치 부도체인 것처럼 동작한다. 이를 재결합이라고 한다. 하지만 소모층의 크기에는 한계가 있고 얼마 후에는 재결합이 끝난다. 이때 외부 전압을 다이오드 소모층에 생긴 built-in potential과 같은 극방향으로 걸어주면, 소모층은 계속해서 부도체처럼 동작하고 전류의 흐름을 막는다. 이와 반대로 built-in potential과 반대 극 방향으로 외부 전압을 걸어주면, 재결합을 다시 시작한다. 결국 PN 접합을 지나 상당한 양의 전류가 흐른다.

다이오드의 전류-전압 특성은 두 동작영역으로 나눠 설명할 수 있다. 다이오드 양단에 걸리는 potential의 차가 크지 않은 경우 소모층의 길이가 크다. 따라서 다이오드는 마치 전류의 흐름이 끊긴(opened) 회로처럼 동작한다. potential의 차가 커지면 다이오드의 전도성이 커지며 전하가 흐르기 시작한다. 이때 다이오드는 마치 저항이 매우 작거나 없는 물질처럼 행동한다. 보통 다이오드 양단에 전류가 흐르면 전압이 일정하게 낮아진다. 실리콘 다이오드는 0.6-0.7볼트 정도이며, 쇼트키 다이오드는 0.2~0.4볼트, LED의 경우에는 1.4볼트 정도(종류와 전류의 양에 따라 달라짐)이다.

역방향 전류-전압 특성을 살펴보면, 역방향 바이어스 구역에서 다이오드를 통과하는 전류는 매우 적다. 하지만 PIV(역방향 한계 전압, peak-inverse-voltage)를 넘어서는 전압을 공급하면, 다이오드는 전자사태 항복(avalanche breakdown)을 일으켜 역방향으로 커다란 전류가 흘러 소자가 망가진다. 제너 다이오드 같은 특별한 목적의 다이오드에 대해서는 PIV를 적용하지 않는 경우도 있다.

다이오드의 종류

여러가지 다이오드들 (자의 수치는 센티미터 단위)

• 정류 다이오드(Silicon diode)
• 검파 다이오드(Germanum diode)
• 정전압 다이오드(Zener diode)
• 정전류 다이오드(Current limiting diode, CLD)
• 에사키 다이오드(Esaki diode ,Tunnel diode)
• 쇼트키 다이오드(Schottky barrier diode)
• 가변용량 다이오드(Varactor diode)
• 셀렌 다이오드(Selenium diode)
• 수은 다이오드(Mercury diode)

광학

• 발광
  • 발광 다이오드(Light emitting diode, LED)
  • 레이저 다이오드(LASER diode)
• 수광
  • 광다이오드(Photo diode)
  • 전자사태 광다이오드(Avalanche photo diode)
  • 핀 다이오드(PIN diode)

고주파

• 건 다이오드(Gunn diode)
• 임패트 다이오드(IMPATT diode)
• 핀 다이오드(PIN diode)