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[트랜지스터의 특성] 장 효과 트랜지스터 - JFET 와 CMOS JFET(Junction FET) JFET 에도 n-채널 JFET 와 p-채널 JFET가 있다. n-채널 JFET에서는 n형 기판을 이용한다. 양단에 전극을 연결하여 드레인과 소스로 만든다. 그리고 양 측면에는 p형을 도핑하고 전극을 만들어 게이트로 사용한다. (반면에 p-채널 JFET에서는 p형 기판을 사용한다.) 위 그림은 n-채널 JFET의 구조와 V_GS = 0 에서 V_DS에 따른 I_D의 변화를 보여준다. (세 그림 모두 V_GS = 0) V_DS가 증가하면 드레인 쪽의 전압이 커지는 것이므로 드레인 쪽의 공간전하영역이 넓어지게 되고, n-채널이 좁아진다. 이에 따라 드레인 전류 I_D는 감소하게 된다. 그리고 V_DS가 어떤 값 V_P에 도달하면 게이트인 두 p영역의 공간전하영역이 마주치게 .. 2022. 4. 1.

[트랜지스터의 특성] 장 효과 트랜지스터 - MOSFET - 2 MOSFET 그림은 증가형 n-채널 MOSFET의 전류-전압 특성을 나타낸다. 왼쪽 그림을 보면 게이트 전압이 V_T(이 경우 2V) 이하에서는 I_D = 0 임을 알 수 있다. 그리고 V_GS(게이트전압) > V_T 인 경우에는 I_D는 V_GS에 따라 증가한다. 오른쪽 그림은 V_GS > V_T 인 여러 게이트 전압 값에 대해 V_DS에 의한 I_D의 변화를 보여주고 있다. V_DS V_P 가 되면 V_DS는 증가하더라도 I_D는 일정하게 된다. 이 영역을 포화영역(saturation region) 이라고 부른다. 포화영역에서는 저항이 무한대가 된다. 이에 따라 이 상태에서 V_DS의 증가는 공간전하영역의 전압만 증가시키므로 전류 I_D는 일정하게 된다. Ohm 영역에서 만족되는 I_D와 V_DS의 .. 2022. 3. 31.

[트랜지스터의 특성] 장 효과 트랜지스터 - MOSFET 장 효과 트랜지스터 (Field Effect Transistor) [FET] 장 효과 트랜지스터도 양극 접합트랜지스터와 동일하게 3단자 소자이다. 드레인(Drain), 소스(Source), 게이트(Gate) 등 세 개의 단자로 구성되어 있다. - 앞에서 보았듯이 양극 접합트랜지스터는 전류제어소자였다.(current controlled device) 즉, 출력인 콜렉터 전류가 입력이 베이스 전류의 함수로 표시된다. 반면에 FET는 전압제어소자에 속한다.(voltage controlled device) 즉, 출력인 드레인 전류가 게이트 전압의 함수로 표현된다. - 양극접합 트랜지스터는 npn & pnp 두 가지의 형태가 가능했다. 마찬가지로 FET도 n-채널과 p-채널의 형태가 가능하다. - 그리고 전류를 .. 2022. 3. 30.

[트랜지스터의 특성] 양극 접합 트랜지스터 3 전류-전압 특성 전류-전압 특성 트랜지스터의 전류-전압 특성은 입력 부분과 출력 부분으로 나눌 수 있다. 입력 부분은 다이오드의 특성과 동일하므로, 이제 출력 특성을 공부해보자. pnp 트랜지스터의 공통베이스 회로에서의 전류-전압 특성 그림이다. 베이스(n), 에미터 & 콜렉터 (p) 공통베이스 회로에서 입력전류는 에미터 전류(I_E) 이고 출력전류는 콜렉터 전류(I_C)이다. V_BC > 0 인 활동모드에서는 이전 글에서 보았듯이 I_C ≒ I_E 이고, 이 콜렉터 전류는 V_BC에 거의 무관하다. 반면에 V_BC < 0 가 되면 베이스-콜렉터는 순바이어스가 되므로 트랜지스터는 포화모드가 된다. 이렇게 베이스-콜렉터가 순바이어스 됨으로써 콜렉터(p)에서 베이스(n)로 정공이 확산될 수 있다. 이 정공의 확산은 에미터에.. 2022. 3. 29.

[트랜지스터의 특성] 양극 접합 트랜지스터 2 전류 증폭률 전류 증폭률 양극 접합트랜지스터에는 3개의 단자가 있는데, 이를 증폭기에 사용할 경우 입력과 출력에 2개의 단자가 필요하므로 결국 하나는 입력과 출력에 공통으로 사용되어야 한다. 이에 따라 세가지의 연결이 가능한데 즉, 공통베이스 / 공통에미터 / 공통콜렉터 회로가 있을 수 있다. 이 중에서 가장 많이 사용되는 것이 공통에미터 회로이고 가장 드물게 사용되는 것이 공통콜렉터 회로이다. pnp 트랜지스터를 이용한 공통베이스 회로가 주어져 있다. 활동모드에서는 에미터-베이스는 순바이어스이고, 베이스-콜렉터는 역바이어스이다. 그리고 전체적으로 3개의 전류와 3개의 전압이 있는데, Kirchhoff 법칙(키르히호프 법칙)에서 아래 식의 관계가 만족된다. 위의 전류의 식은 npn 트랜지스터 회로에서도 그대로 만족된.. 2022. 3. 28.

[트랜지스터의 특성] 양극 접합 트랜지스터 양극 접합트랜지스터의 구조 (bipolar junction transistor) 양극 접합트랜지스터는 두 개의 pn접합 으로 구성되어 있다. 이에 따라 접합의 종류에 따라 두 가지의 형태가 가능하다. pnp / npn 트랜지스터가 존재한다. 중간에 끼인 베이스 층 (B, base) 은 아주 얇다(0.5㎛). 한 쪽 끝에 있는 에미터(E, emitter)와 콜렉터(C, collector)층은 대략 0.5 ㎜ 의 너비를 가진다. 불순물의 도핑량은 에미터, 베이스, 콜렉터의 순서이다. 트랜지스터의 회로 심벌에서는 화살표로 에미터로의 방향을 표시하는데, 그 방향은 p에서 n으로 향한다. 화살표가 에미터에서 베이스로의 방향이면 베이스가 n형 이라는 말이므로 pnp 트랜지스터임을 알 수 있다. 반대로 화살표가 베이.. 2022. 3. 27.

[pn접합의 특성] 다이오드의 정전용량 다이오드의 정전용량 다이오드는 공간전하영역이 + 이온과 - 이온이 대치되어 있으므로 축전기 구조와 동일하며 일정한 정전용량을 가진다. 전압 V가 걸리는 경우 공간전하영역은 이전에 x_n0, x_p0 식에서 V_B 대신에 V_B - V 로 대체하면 된다. 따라서 공간전하영역의 폭 d는 아래와 같다. 공간 전하영역의 전하량을 미분하면 단위 면적당 정전용량은 아래와 같다. * 참고. 공간 전하영역의 전하량 pn 접합 다이오드 Q. pn 접합에서 직선적인 캐리어 분포라고 할 경우 전류의 표현을 구하라. 확산거리보다 n형과 p형의 폭이 좁다고 가정할 경우, 밀도를 직선적으로 표현할 수 있다. p쪽으로 넘어간 전자 밀도의 경계 조건은 아래와 같다. 이렇게 경계조건을 알고, 직선이니까 dn/dx(기울기) 를 알 수 .. 2022. 3. 26.

[pn접합의 특성] pn접합의 물리적 성질2, 다이오드 전류-전압 특성 다이오드의 전류-전압 특성 (V≠0) p에 +, n에 - 전압이 걸리는 경우를 생각해보자. 이 경우 p의 +전압에 의해 정공이 접합 쪽으로 밀리고, 마찬가지로 n의 -전압에 의해 n의 전자가 접합 쪽으로 밀리게 된다. 이에 따라 접합 부근의 이온층(공간전하영역)이 좁아진다. 이온층이 좁아지므로 접합 포텐셜(junction potential)도 낮아진다. 이렇게 접합 포텐셜 장벽이 낮아짐에 따라 접합을 넘어 p에서 n으로 확산되어 갈 수 있는 정공의 수가 많아지게 되고, 마찬가지로 n에서 p로 확산되어 갈 수 있는 전자의 수도 많아지게 된다. 이에 따라 전류의 흐름이 형성된다. 다이오드에 대한 이러한 전압의 연결을 순바이어스 라고 부른다. (Forward bias) 반대로 p에 -, n에 +전압이 걸리는 .. 2022. 3. 25.

[pn접합의 특성] pn 접합의 물리적 성질, 다이오드의 평형상태 다이오드의 평형상태 (V = 0) 이전 pn접합의 특성 글에서 공부했듯이 외부 전압이 걸리지 않을 경우 pn 접합의 주위에는 공간전하영역이 형성되고, 이 영역에는 캐리어의 밀도가 아주 작다. (공핍근사, depletion approximation) p형 반도체 영역에서는 정공이 다수캐리어로서 그 밀도는 어셉터 원자의 밀도와 같은 N_a 이고 소수캐리어인 전자의 밀도는 (n_i)²/N_a 이다. n형 반도체 영역에서는 전자가 다수캐리어로서 그 밀도는 도너 원자의 밀도와 같은 N_d 이고 소수캐리어인 정공의 밀도는 (n_i)²/N_d 이다. pn 접합을 그림으로 나타낸 것이다. 접합부에서부터 각각 x_p0 , x_n0 까지가 각각의 공간전하영역으로 표시한 것이다. 공간전하영역과 각 반도체 영역의 경계는 명확.. 2022. 3. 24.

[pn접합의 특성] pn 접합이란? 다이오드 pn 접합(다이오드) pn 접합에서 외부 전압이 주어지지 않았을 경우 접점에서 먼 지점(bulk region)에서는 전기적으로 중성이다. 이는 n형 반도체에서는 전자와 도너 이온의 수가 같고, 마찬가지로 p형 반도체에서는 정공과 어셉터 이온의 수가 같기 때문이다. 반면에 접점 근처에서는 p형 반도체의 정공밀도가 n형 반도체의 정공밀도보다 크므로, 이에 따라 p형 반도체에 있던 정공이 n형 반도체로 확산되어 들어가서 그곳에 있는 전자들과 재결합하여 없어진다. 이렇게 p형 반도체에 있던 정공들이 n형 반도체 쪽으로 확산되어 들어가면서 뒤에는 음이온을 남기게 된다. 마찬가지로 n형 반도체에 있는 전자들이 접합의 경계를 넘어 p형 반도체 쪽으로 확산되어 그곳에서 재결합되어 없어진다. 이 경우에도 n형 반도체에 .. 2022. 3. 23.

[반도체의 특성] 캐리어에 의한 전류밀도 이전에 n형 반도체와 p형 반도체 각각의 캐리어인 전자와 정공의 밀도를 공부해보았다. 2022.03.20 - [self.반도체&전자회로 공부] - [반도체의 특성] 반도체 캐리어(Carrier) 밀도_1\ 전류밀도 반도체에서 전류는 드리프트(drift) 전류와 확산(diffusion) 전류로 구성되어 있다. 드리프트 전류는 양단에 걸린 전압에 의해 캐리어가 이동함으로써 발생한다. 반면에 확산전류는 위치에 따른 캐리어 밀도의 차이에 의해 밀도가 높은 곳의 캐리어가 밀도가 낮은 쪽으로 이동함으로써 발생한다. 외부 전압이 걸려 있지 않은 반도체 내의 캐리어들도 열에너지에 의한 운동 때문에 격자나 불순물들과 끊임없이 충돌한다. 이러한 충돌에 의한 산란 때문에 캐리어의 속도의 크기와 방향은 계속 바뀐다. 그러나 .. 2022. 3. 22.

[반도체의 특성] 반도체 캐리어(Carrier) 밀도_2 이전 글에서 전도대 안의 전자밀도 공식을 공부해보았다. 같은 방식으로 가전대 안의 정공밀도도 구할 수 있다. 즉, 가전대 안의 정공밀도는 아래의 공식으로 주어진다. 여기서 E_v , E_v b는 각각 가전대의 가장 위의 에너지 준위와 가전대의 가장 아래의 에너지 준위를 나타낸다. 그리고 정공은 전자가 없는 상태이므로 Fermi-Dirac분포함수는 [1-f(E)] 로 주어진다. 전자밀도를 구했을 때 처럼 같은 방식으로 적분구간은 -∞ 에서 0 으로 근사할 수 있다. 이에 따라 위의 적분식을 계산하면 와 같이 구해진다. 여기서 N_v는 정공에 대한 유효상태밀도이다. 진성반도체에서는 전자와 정공의 수가 같으므로 n = p = n_i 이다. 따라서 진성반도체에서의 Fermi 준위(E_F)는 와 같이 구해진다. .. 2022. 3. 21.

[반도체의 특성] 반도체 캐리어(Carrier) 밀도_1 이전에 진성반도체와 외인성반도체 내용을 공부했다. 진성반도체에서는 남는 전자나 생기는 정공이 없이 전자와 정공이 항상 쌍으로 발생하기 때문에 전자와 정공의 밀도가 같다. 진성반도체의 경우 전자와 정공의 밀도 N_i는 1.5 X 10^10 cm^-3 이다. 외인성반도체인 n형 반도체에서 도너 원자들은 상온에서 열에너지에 의해 모두 이온화되어 전자를 내어놓는다. 따라서 도핑된 도너 원자의 밀도를 N_d라고 하면 n형 반도체에서 전자 밀도는 n = N_i + N_d 이다. 진성반도체의 전자밀도 + 도핑시킨 도너 원자의 전자밀도의 합이다. 그러나 도핑시키는 도너 원자의 밀도 N_d는 대략 10^14 ~ 10^16 cm^-3 으로 앞에서 말했던 진성반도체의 전자밀도 N_i 보다 훨씬 크다. 따라서 n형 반도체에서.. 2022. 3. 20.

[반도체의 특성] 진성반도체와 외인성반도체 반도체는 단원소 반도체로는 4가인 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 6가인 세슘(Se)이 있다. 이 중에서 실리콘(Si)이 보통 많이 사용된다고 한다. 많이 쓰인다는 실리콘으로 진성반도체와 외인성반도체를 알아보자. 진성반도체는 불순물(impurity)을 포함하지 않는 반도체를 말한다. 실리콘은 최외각 전자가 4개인 4가의 원소이다. 원소들은 완전히 채워진 전자구각을 선호하기 때문에 실리콘도 주위의 실리콘 원소들과 전자를 공유함으로써 최외각전자가 8개인 안정한 전자구조를 가지려고 한다. 이러한 실리콘 결정의 결합을 공유결합이라고 한다. 각 실리콘 원자들은 주위의 실리콘 원자들과 전자를 공유함으로써 최외각전자가 8개인 안정한 전자구조를 가지고 있다. 이에 따라 낮은 온도에서 실리콘에는 공유결합에 의해 모든 .. 2022. 3. 18.

[반도체의 정의] 반도체 기초 지식, 에너지 밴드 물질은 그 물리적 특성에 따라 다양하게 구분할 수 있다. 전기적 성질에 따른 구분, 자기적 성질에 따른 구분, 광학적 성질에 따른 구분 등이 있다. 그 중 물질의 전기적 성질(전류가 형성 되는 물질인가, 아닌가)에 따른 구분해본다면 도체/반도체/부도체로 나눌 수 있다. 어떤 물체의 양단에 전압(V)가 주어지면 물질의 내부에 옴의 법칙 I = V/R 에 따라 전류가 형성된다. I는 전류, R은 저항이다. * 도체 : 외부전압에 의해 그 내부에 전류가 형성되는 물질 * 부도체 : 외부전압에 의해 전류가 형성되지 않는 물질 * 반도체 : 도체와 부도체의 중간 전기저항은 R = ρL/A 와 같이 주어진다. 여기서 L은 물체의 길이, A는 물체의 단면적을 나타내고, ρ는 물체를 구성하는 물질의 고유한 비저항을 말.. 2022. 3. 17.

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