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[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.
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