[전자회로]트랜지스터의 동작원리

소개

진공관을 대체한 트랜지스터는 증폭, 스위칭 등 다양한 용도로 쓰이며 현대 전자산업의 핵심적인 역할을 하는 기술이다.
이에 트랜지스터의 여러 특징과 개요에 대해 미략하게나마 알리고자 한다.
부족하지만 조금이라도 도움이 되었으면 한다.

목차

1. 트랜지스터의 역사
2. 트랜지스터의 개요
3. 트랜지스터의 분류
4. 트랜지스터의 구조와 동작원리

본문내용

1. 트랜지스터의 역사

ⅰ. 진공관의 발명

플레밍은 전구 안에 있는 필라멘트 주위에 금속판(양극판)을 두르고 필라멘트를 가열했다. 그랬더니 금속판에서 튀어나온 전자들이 재미있는 현상을 보여줬다. 금속판이 양으로 대전되면 전자들이 금속판으로 몰려 전류가 흐르고, 음으로 대전되면 전류가 흐르지 않은 것. 이 장치는 전류를 한쪽 방향으로만 흐르게 하는 기능을 가지고 있었다. 플레밍은 이렇게 해서 최초의 2극 진공관을 만들었다.
1907년에는 미국의 리 드포리스트(1873-1961)가 이를 바탕으로 3극진공관을 발명했다. 3극 진공관은 필라멘트와 양극판 사이에 ‘그리드’라는 금속판을 두어 전자들을 가속시킴으로써 작은 신호를 크게 증폭할 수 있었다. 이로써 진공관은 교류를 직류로 바꿔주는 기능, 미세한 신호를 키워주는 증폭기능, 일정한 조건을 만족해야 전류가 흐르는 스위치기능(논리회로를 구성할 수 있다는 뜻)을 갖출 수 있었다. 이러한 기능들은 마르코니의 무선전신 보급, 라디오와 텔레비전의 발명, 컴퓨터의 발전에 혁혁한 공을 세웠다.
그러나 진공관은 많은 문제점을 안고 있었다. 조금만 잘못 건드려도 깨지기 일쑤였고, 열이 많이 나기 때문에 냉각장치를 붙여 늘 식혀줘야 했다. 커다란 부피를 소형화할 수 없는 근본적인 한계도 지녔다. 그래서 과학자들은 진공관을 대체할 반도체를 찾아나서야 했다.

ⅱ. 진공관에서 트랜지스터로
1940년대 과학자들은 게르마늄과 실리콘이 제한적으로 전류를 흐르게 한다는 사실을 알아냈다. 그런데 왜 부도체인 이들이 전류를 통과시키는지 그 이유를 알기까지는 한참이 걸렸다. 그 원인은 불순물이었다.
게르마늄의 최외각 전자는 4개이다. 여기에 최외각전자가 5개인 비소를 불순물로 넣으면 1개의 전자가 남아 양극으로 자유롭게 움직인다. 또 게르마늄에 최외각 전자가 3개인 붕소를 불순물로 첨가하면 게르마늄의 최외각 전가 1개에 대응하는 정공(hole)이 생겨 음극으로 움직인다. 자유로워진 전자와 정공이 부도체인 게르마늄에 전류가 흐르게 한 것이다.
이러한 원리를 이용해 벨연구소의 윌리엄 쇼클리, 존 바딘, 월터 브래튼 등은 1947년 12월 23일 마침내 애타게 기다리던 반도체의 꿈을 이뤄냈다.

참고자료

· Adel S.Sedra/Kenneth C. Smith 『마이크로 전자회로』(2002)
· 박건작 저 『전자회로』 (주)북스힐 (2005)