기계공학실험레포트(LED)

소개글

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목차

1. 실습 이론(LED)......................................................(3)
2. 실습 목표...........................................................(5)
3. 실습 과정...........................................................(5)
4. 참고 문헌...........................................................(17)

본문내용

1. 실습 이론(LED)

“LED(Light-Emitting Diode)”란 발광 다이오드라고도 불리는데 LED의 원리를 이해하려면 먼저 다이오드의 개념을 알아야 한다. 다이오드는 한 방향으로만 전류가 흐를 수 있게 정류작용을 해주는 반도체 소자인데 주로 게르마늄이나 규소와 같은 14족 원소를 이용하여 만든다. 반도체 소자인 만큼 조건에 따라 전류를 흐르게도, 흐르지 않게도 할 수 있으며 본 실습에서 중요한 기능인 발광의 특성도 가지고 있다. 다이오드는 p형 반도체와 n형 반도체를 접합시켜 만든다. 14족 원소만으로 반도체를 만들면 순수 반도체라고 하는 전자가 움직일 수 없어 전압이 걸려도 전류가 흐르지 않는 상태가 되는데 여기에 불순물(최외각 전자 수가 14족 보다 하나 많거나 적은)을 첨가하면 전류가 흐르게 할 수 있다. 예를 들어 14족 원소(규소)로 이루어진 반도체에 13족 원소인 붕소를 섞어주면 원자들이 공유결합을 다 하고 전자가 하나 비어있는 공간이 생기는데 이를 정공이라고 한다. 정공은 상대적으로 (+)전하를 띄기에 자유전자가 들어올 수 있어 전류가 흐르는게 가능하고 이와 같은 정공을 만들어준 반도체를 p형 반도체라 한다. n형 반도체의 원리도 비슷하다. 이번엔 반대로 순수 반도체에 비소와 같은 15족 원소를 섞어주면 원자들이 공유결합을 다하고도 전자가 하나 남는 상황이 발생하는데 이런 전자를 잉여전자라 한다. 이 잉여전자는 자유전자가 되어 자유롭게 돌아다닐 수 있어 전류를 흐르게 할 수 있다. p형, n형 반도체의 구조를 간단하게 그림으로 살펴보면 다음과 같다.

<p형> <n형>

이제 p형과 n형을 접합시켜 다이오드를 만들면 우리가 원하는 기능을 만들어낼 수 있는 다이오드가 된다.

(3)

이렇게 접합 다이오드를 만들면 공핍층 이라는 장벽이 생기게 된다. 전압을 걸어주지 않은 상태에서는 공핍층 때문에 전류가 흐를 수 없지만 공핍층을 넘어갈 수 있는 만큼의 전압(전위장벽 이상의 전압)을 걸어주면 자유전자가 정공을 채우게 되고 전류가 흐른다. 자유전자와 정공이 만나게 하기 위해서는 각각에 척력이 작용해야 하는데 p형에 (+), n형에(-)를 걸어주어야 한다. 이를 순방향 전압이라고 한다. 만약 p형에 (-), n형에 (+)를 걸어주게 되면 척력이 작용하지 않아 정공과 자유전자가 만날 일이 없어 전류가 흐르지 않는데 이를 역방향 전압이라고 한다. 하지만 역방향 전압에서도 항복전압이라고 하는 전기 저항을 파괴할 만큼의 전압을 걸어주게 되면 전류가 흐르게 할 수 있다.

참고 자료

P-N 접합 다이오드의 원리(http://egloos.zum.com/kimjaeyeon/v/7074912)
위키백과 <발광 다이오드>
(https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%B0%9C%EA%B4%91_%EB%8B%A4%EC%9D%B4%EC%98%A4%EB%93%9C)