[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.

 

 

 

pnp 트랜지스터의 구조와 회로 심벌

 

npn 트랜지스터의 구조와 회로 심벌

 

 

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 베이스에서 에미터의 방향으로 되어있다면 베이스가 p형 이라는 말이므로 npn 트랜지스터임을 알 수 있다.

 

 

 

npn 트랜지스터

 

 

위 그림은 양극 접합 트랜지스터의 반도체 공정상의 구조를 나타낸 것이다. p형 기판을 이용한 npn 트랜지스터의 구조를 그린 것이다.

 

먼저 p형 기판(P substrate)에 n형을 도핑하고, 다음에 에미터(E), 베이스(B) 단자 영역에는 P를 도핑한다.

 

그리고 마지막으로 콜렉터, 에미터 전극에 n+ 를 도핑한다. 

 

 

 

 

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양극 접합 트랜지스터의 바이어스 모드의 종류

 

 

양극 접합 트랜지스터에는 두 개의 pn접합이 존재한다.

 

pnp 트랜지스터에는 에미터(p) - 베이스(n) // 베이스(n) - 콜렉터(p) 이렇게 두 개의 pn접합이 있다.

 

이 두 개의 pn접합을 바이어스 하는 방법에는 4가지가 있을 수 있다.

 

 

1. 두 접합 모두 순바이어스를 하는 경우 (포화모드)

2. 두 접합 모두 역바이어스를 하는 경우 (차단모드)

3, 4. 하나를 순바이어스, 다른 하나는 역바이어스를 하는 경우 (활동, 역활동 모드)

 

 

 

4가지 모드

 

 

 

V_EB : 에미터 - 베이스 전압

V_CB : 베이스 - 콜렉터 전압

 

 

 

- 활동모드 (active mode)

 

활동모드는 증폭기에 가장 많이 사용되는 바이어스 형태이다. 이 모드에서는 하나의 pn 접합은 순바이어스, 다른 하나는 역바이어스를 하는 것이다.

두 pn 접합 중에 에미터 - 베이스 접합은 순바이어스, 베이스 - 콜렉터 접합은 역바이어스를 한 것이다.

 

이에 따라 pnp트랜지스터에서는 V_EB > 0, V_CB < 0 의 바이어스가 걸리고, npn트랜지스터에서는 V_BE > 0, V_BC < 0 의 바이어스가 걸리는 경우이다.

 

양극 트랜지스터에서는 에미터의 도핑이 가장 크고 콜렉터의 도핑이 가장 약하게 만든다. 이에 따라 에미터-베이스 접합이 순바이어스가 걸리고 베이스-콜렉터가 역바이어스가 걸리는 경우가 전류의 증폭률이 가장 커지게 된다. 따라서 이 모드를 증폭기에서 바이어스로 가장 많이 사용하고 있다.

 

 

- 포화모드 (saturation mode)

 

포화모드에서는 두 pn 접합을 모두 순바이어스를 하는 경우이다. 이는 pnp 트랜지스터에서는 V_EB > 0, V_CB > 0 의 바이어스가 걸리는 것이다. npn 트랜지스터에서는 이의 반대이다.

 

이 모드는 트랜지스터를 스위칭에 사용하는 경우 ON에 해당한다. 이 모드에서는 전류 변화에 따른 전압 변화가 작으므로 트랜지스터는 작은 저항을 가진다.

 

 

- 차단모드 (cut-off mode)

 

차단모드에서는 두 pn 접합 모두에 역바이어스 하는 것이다. 이는 pnp 트랜지스터에서는 V_EB < 0, V_CB < 0 의 바이어스가 걸리는 경우이다. npn 트랜지스터에서는 이의 반대이다.

 

이 모드에서 트랜지스터에는 전류가 거의 흐르지 않으므로 활동이 차단된 상태이다. 이 모드는 트랜지스터를 스위칭에 사용하는 경우 OFF에 해당한다.

 

 

- 역활동모드 (reverse active mode)

 

역활동모드에서는 하나의 pn 접합은 순바이어스, 나머지 하나는 역바이어스를 하는 것인데, 두 pn 접합 중에 에미터-베이스 접합은 역바이어스, 베이스-콜렉터 접합은 순바이어스를 한 것이다. 

 

이러한 바이어스는 활동모드와 반대인 바이어스임을 알 수 있다. 

즉, 활동모드와 비교할 경우 에미터와 콜렉터의 역할을 바꾼 것이다. 그런데 양극 접합트랜지스터에서는 콜렉터에 가장 약하게 도핑되어 있기 떄문에 활동모드와 비슷한 특성을 보이지만 활동모드보다는 전류 증폭의 효과가 크지 않다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 '과학도를 위한 반도체와 전자회로의 기초' 책을 공부하여 작성 하였습니다.