[다이오드] 접합 다이오드와 정류기

소개글

많은 수식과 설명으로 잘 정리해 놓은 문서입니다

목차

1. 열평형 상태의 p-n접합
2. p-n접합의 전위장벽
3. 전장과 전위
4. 관련 수식
5. 계단 접합
6. 바이어스 인가시의 p-n접합
7. 순방향 바이어스 인가시의 정성적 해석
8. 이상적인 다이오드 방정식
9. 접합의 파괴
10. 공간전하용량

본문내용

p-n접합은 종종 전자공학을 처음 시작하는 학생들에게 이해하기 쉬운 가장 단순한 반도체 소자로 거론된다. 그러나 구조적인 면으로 볼 때는 p-n접합보다 더 단순한 소자도 존재한다. p-n접합이 단순한 소자이긴 하지만 실제로 어떻게 동작하는 가를 이해하는 것은 상당히 어려운 일이다. 이미 전자공학을 접한 적이 있고 이 책을 앞날에 대비해서 공부하는 사람들은 p-n접합의 동작을 알고 있으므로 그렇게 어렵지는 않을 것이다. 그러나 전자공학에 처음 입문하는 이들에게는 이장이 이 책 전체를 통해 가장 어려울지도 모르겠다. 심지어는 양자 역학보또 더 어려울 수 있을 것이다. p-n접합은 또 책에서 가장 중요한 장이기도 한데 이로부터 LED, 광 다이오드, 레이저 및 바이폴라 트랜지스터의 동작을 이해할 수 있기 때문이다. 그러므로 이장은 전자 소자를 이해하는데 있어 가장 중요한 장이다.

1. 열평형 상태의 p-n접합
p-n접합은 모든 바이폴라 소자의 기본이 되므로 대단히 중요하다. p-n접합의 중요한 전기적 특성으로는 정류 특성(전류를 한 방향으로만 흐르게 하는 특성)을 들 수 있다. p-n접합은 다이오드라고 불리기도 하는데 다이오드란 단순히 2단자 소자를 의미하므로 혼란스러울수도 있을 것이다. 그러나 이장을 통해서 다이오드란 용어는 p-n접합을 의미한다. 응용 범위에 따라 p-n접합 다이오드에는 다음과 같은 여러 가지 종류가 있다.
(a) 광 다이오드-빛에 민감한 다이오드.
(b) LED-빛을 내는 다이오드 (발광다이오드).
(c) 바랙터 다이오드-가변 캐패시턴스 다이오드.

10. 공간전하용량
p-n접합의 성질 중 마지막에 해당하는 것으로 접합(공간전하)용량을 들 수 있다.
캐패시터는 전하를 저장할 수 있는 수동회로 소자로 다음과 같은 식으로 표현된다.
Q=CV (6.59)
여기서
Q:축전된 전하(C)
C:캐패시턴스(F)
V:캐패시터 양단의 전압(V)
p-n접합에 역방향 바이어스를 인가하면 공간전하영역의 전하수가 증가한다. 같은 원리에 의해 순방향 전압을 인가하면 공간전하영역이 감소하고 전하의 수도 줄어든다. 따라서 공간전하영역이 감소하고 전하의 수도 줄어든다. 따라서 공간전하영역의 전하의 수는 소자 양단에 걸리는 전압에 비례하므로 p-n접합을 하나의 캐패시터로 볼 수 있다. 실제로 다이오드의 캐패시턴스는 공간전하영역의 폭에 따라 달라지고 공간전하영역 폭은 인가전압에 의존한다. 그러므로 p-n접합은 바이어스 전압에 따라 캐패시턴스가 달라지는 가변 용량 소자가 된다. p-n접합에 이런 특성을 이용한 것이 바로 바랙터 다이오드(varactor diode)이며 주파수 동조회로에 이용된다. 다이오드의 단위 면적당 캐패시턴스는 다음과 같이 주어진다.

참고 자료

기초 반도체 소자 :Greg Parker(김종성 역) 대웅출판사 (p 93-129)
최신 전자 회로 :조세황저 진영사 (p 33-64)