전자회로실험-반도체다이오드 특성 실험

전자회로실험-반도체다이오드 특성 실험

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본문 1) 반도체 다이오드의 동작 특성을 이앻하고, 순방향 및 역방향 바이어스 효과를 고찰한다. 2) 반도체 다이오드의 전압-전류 특성을 측정하여 동작 특성과 비교, 확인한다. 2.이론 P형 반도체 : 전하를 옮기는 캐리어로 정공 (홀)이 사용되는 반도체이다. 양의 전하를 가지는 정공이 캐리어로서 이동해서 전류가 생긴다. 즉, 정공이 다수 캐리어가 되는 반도체이다. 예시로 실리콘과 동일한 4가 원소의 진성 반도체에, 미량의 3가 원소 (붕소, 알루미늄등)을 불순물로 첨가해서 만들어진다. N형 반도체 : 전하를 옮기는 캐리어로 자유전자가 사용되는 반도체이다. 음의 전하를 가지는 자유전자가 캐리어로서 이동해서 전류가 생긴다. 즉, 다수 캐리어가 전자가 되는 반도체이다. 예시로, 실리콘과 동일한 4가 원소의 진성 반도체에, 미량의 5가 원소 (인, 비소등)을 불순물로 첨가해서 만들어진다. 다이오드(diode): 저마늄(영어: germanium 또는 게르마늄(독일어: germanium), Ge)이나 규소(Si)로 만들어지고, 주로 한쪽 방향으로 전류가 흐르도록 제어하는 반도체 소자를 말한다. 정류, 발광 등의 특성을 지니는 반도체 소자이다. 다이오드는 반도체의 PN 접합에 바탕을 두고 있다. PN 다이오드에서 전류는 P형 반도체(anode) 면에서 N형 반도체(cathode) 면으로만 흐를 수 있다. 공핍 영역(depletion region)은 p-n 접합 후, 바로 즉각적으로 형성된다. 접합 후 열평형이 이루어지면서 안정상태로 되고, 이것을 동적 평형이라고 부른다. 다이오드의 전류-전압 특성 곡선은 PN 접합의 소위 공핍층(depletion layer, 또는 소모층) 의 행동에 의한 것으로 해석된다. PN 접합이 처음 생성되면, N영역의 자유영역 전자들이 정공이 많은 P영역으로 확산된다. 자유 전자들이 정공과 결합한 후에는 정공은 사라지며 전자들은 더 이상 자유롭지 못하게 된다. 따라서 두 속성의 전하 캐리어들(정공과 전자)이 모두 사라지고, PN 접합 주변 지역은 마치 부도체인 것처럼 동작한다. 이를 재결합이라고 한다. 하지만 소모층의 크기에는 한계가 있고 얼마 후에는 재결합이 끝난다 순방향 바이어스 : 이와 반대로 built-in potential과 반대 극 방향으로 외부 전압을 걸어주면, 재결합을 다시 시작한다. 결국 PN 접합을 지나 상당한 양의 전류가 흐른다. potential의 차가 커지면 다이오드의 전도성이 커지며 전하가 흐르기 시작한다. 이때 다이오드는 마치 저항이 매우 작거나 없는 물질처럼 행동한다. 보통 다이오드 양단에 전류가 흐르면 전압이 일정하게 낮아진다. 실리콘 다이오드는 0.6-0.7볼트 정도이며, 쇼트키 다이오드는 0.2~0.4볼트, LED의 경우에는 1.4볼트 정도(종류와 전류의 양에 따라 달라짐)이다. 역방향 바이어스 : 외부 전압을 다이오드 공핍층에 생긴 built-in potential과 같은 극방향으로 걸어주면, 소모층은 계속해서 부도체처럼 동작하고 전류의 흐름을 막는다. 다이오드 양단에 걸리는 potential의 차가 크지 않은 경우 소모층의 길이가 크다. 따라서 다이오드는 마치 전류의 흐름이 끊긴(opened) 회로처럼 동작한다. 역방향 전류-전압 특성을 살펴보면, 역방향 바이어스 구역에서 다이오드를 통과하는 전류는 매우 적다. 하지만 PIV(역방향 한계 전압, peak-inverse-voltage)를 넘어서는 전압을 공급하면, 다이오드는 전자사태 항복(avalanche breakdown)을 일으켜 역방향으로 커다란 전류가 흘러 소자가 망가진다. 제너 다이오드 같은 특별한 목적의 다이오드에서는 PIV를 낮은 전압으로 조절하여 역방향 바이어스 특성을 이용한다. 하고 싶은 말 좀 더 업그레이드하여 자료를 보완하여, 과제물을 꼼꼼하게 정성을 들어 작성했습니다. 위 자료 요약정리 잘되어 있으니 잘 참고하시어 학업에 나날이 발전이 있기를 기원합니다 ^^ 구입자 분의 앞날에 항상 무궁한 발전과 행복과 행운이 깃들기를 홧팅 키워드 실험, 특성, 전자회로실험, 반도체, 회로, 다이오드