PN 접합

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A silicon p-n junction with no applied voltage.

P-N 접합은 현대 전자공학에서 유용하게 사용할 수 있는 성질을 가지고 있다. P형 반도체나 N형 반도체나 모두 전도율이 좋다. 하지만, 이 둘 사이의 접합면은 그렇지 않다. 이 전도율이 떨어지는 접합면을 공핍영역(depletion zone)이라고 하며, P형 반도체의 운반자인 정공과, N형 반도체의 운반자인 전자가 서로 끌어당겨서 재결합하면서 없어지기 때문에 생긴다. 이 전도율이 떨어지는 부분을 을 이용해서 다이오드를 만든다. 다이오드는 한쪽 방향으로는 전류가 흐를 수 있지만, 다른쪽 방향으로는 전류가 흐르지 않는 소자이다. 이런 특성은 정방향 바이어스역방향 바이어스를 이용해서 설명한다. 여기서 바이어스라는 말은 P-N접합에 전압을 걸어주는 것을 뜻한다.

전 작업자가 전도도가 떨어지는 영역이라고 표현했지만 이것은 결과적인 의미해석이고 전기적인 장벽은 전자의 균일화 엔트로피때문에 일어난다.

정공이라고 불리는 것이 전자가 없는 부분이라는 것을 생각할때 p형 반도체는 전자의 밀도가 낮은상태이고 n형반도체는 전자의 밀도가 높은 상태가 된다. 이상태에서 접합된다면 두 반도체의 전자밀도가 같아지려는 현상을 보일것이고 결과적으로 정공과 전자는 각각 반대쪽 반도체로 넘어가게된다. 하지만 각각의 반도체는 원래상태(전자와 정공이 넘어가지않은상태)가 안정된상태이기에 이 현상은 접합면에 n->p의 방향을 가지는 전기장을 만들며 이 전기장이 역전압이 된다.

정방향 바이어스[편집]

A silicon p-n junction in Forward-bias.

정방향 바이어스는 다음 그림과 같이 P형 부분에 (+) 전압을, N형 부분에 (-) 전압을 걸어주는 경우이다. 이렇게 하면 P 영역에 있는 정공과, N 영역에 있는 전자가 접합면 쪽으로 끌려온다(P 영역에 걸린 양전하가 양공을 밀어내고, N 영역에 걸린 음전하가 전자를 밀어낸다). 따라서 당연히 공핍(depletion)영역의 폭이 줄어들게 된다. 이렇게 되면 P-N 접합면의 전위 장벽(potential barrier)가 줄어들고, 전기저항이 낮은 값이 된다.

역방향 바이어스[편집]

A silicon p–n junction in reverse bias.

역방향 바이어스는 정방향 바이어스와는 반대로, N형 부분에 (+) 전압, P형 부분에 (-) 전압을 걸어주는 경우이다.

이렇게 하면 built-in potential 평형상태보다 높아져 캐리어들이 반대영역으로 움직일 수 없고, 따라서 전류가 흐르지 않는다.

하지만 높은 역방향 바이어스를 걸어줄 경우 breakdown에 의해 역방향 전류가 형성된다.

Breakdown의 종류에는 Zener breakdown, avalanche breakdown이 있다.

같이 보기[편집]