[반도체 물성/ 공학 ] 반도체 총정리 (3)- pn접합 다이오드

안녕하세요, 이번에는 pn접합 다이오드 에 관해서 이야기하겠습니다. 

목차

1. 반도체와 캐리어 모델링
2. 캐리어의 움직임
3. PN 접합 다이오드
4. 쌍극성접합 트랜지스터
5. 전계효과 소자
6. 반도체의 8대공정
7. 연산증폭기 

---

pn 접합 다이오드 

1번 게시글에서 p형 다이오드와 n형 다이오드에 대해서 보았습니다. pn 다이오드는 말 그대로 p형과 n형의 결합입니다. 다이오드는 한방향으로 전류를 흐르게 하는 소자로 회로 구성에 있어 굉장히 중요한 소자중 하나입니다.

p형과 n형을 결합하게 되면 N형쪽보다 P형쪽에 정공이 많기에 정공은 P형에서 N형으로 확산( DIFFUSION)을 시작합니다. 전자 역 시 마찬가지입니다. 결과적으로 p형과 n형 접합부근에 도너들과 억셉터들이 공간적으로 고정이 됩니다. 이를 공핍영역이라고 부르고 이 영역에서 캐리어 농도가 매우 감소됩니다. 

위키피디아

pn 접합 다이오드 - 이상적인 i-v 특성 

이상적으로 다이오드에서  순방향으로 전압을 걸어주게 된다면,  전류가 엄청나게 잘 흐르는 것을 알 수 있습니다. 이는 우리가 에너지 대역도에서 P형과 N형 사이의 전위언덕을 감소시키는 것으로 생각하면 됩니다.

위키피디아

위처럼 P형과 N형 사이 에너지 언덕이 줄어들게 됩니다.  그러나 역방향으로 걸어주게 된다면, 에너지 언덕이 높아지기에 전류가 역방향으로 아주 조금 흐릅니다. 

위키피디아

따라서 위 그림처럼 그래프를 그릴 수 있겠습니다. 한편 브레이크다운 부분을 보시면 갑자기 큰 역전류가 흐르는 것을 알 수 있습니다. 이는 이상적인 다이오드가 아니어서 그렇습니다. 이를 항복 이라고 부릅니다. 이 항복전류를 활용해서 만든 다이오드들이 있습니다. 

다이오드의 종류

1. 제너 다이오드: 제너다이오드는 역방향 바이어스에서 항복 전압 이상이 되면 역방향의 항복 전류가 흐르는 것을 이용하는 다이오드가 정전압 다이오드입니다. 마치 역방향 전압을 순방향 전압처럼 사용합니다. 제너다이오드는 전류가 변해도 전압이 거의 일정하게 됩니다. ( BREAKDOWN GRAPH 확인)  따라서 안정한 전압을 주고자 할 때 사용합니다.

2. 쇼트키 다이오드:  쇼트키 배리어 다이오드는 금속과 반도체와의 접합을 통해 발생하는 쇼트키 배리어를 이용한 다이오드입니다.  주로 스위칭 다이오드로 많이 사용됩니다. 순방향 전압 강하가 낮기 때문에 스위칭 손실이 다른 다이오드보다 적습니다. 

로옴

다이오드는 전력변환회로에 있어 필수적인 소자입니다. 다음에는 쌍극성 접합소자를 이야기하겠습니다.