반도체의 원리 - P/N형 반도체 PN접합,

[반도체 원리]

 

1. 반도체의 재료

   : Si (규소, 실리콘)

     - 순수한 반도체는 전기가 흐르지 않는다.

Si(실리콘) 원자

 

2. P형 반도체(Positive)

: 실리콘보다 가전자가 1개 적은 B(붕소)를 극히 소량 더해주면, 전자가 빠지는 현상 발생(빠진 곳을 정공)

 

3. N형 반도체(Negative)

: Si에 가전자가 1개 더 많은 P(인)을 소량 첨가하면, 전자가 1개 남아 자유전자(잉여전자)가 되어 전류가 흐르게 된다.

 

공유결합에 불순물을 섞어 전기가 통하도록 만든다.

 

4. PN접합

: P형과 N형을 접합시키면, 접합면에 확산이라는 현상이 일어난다

- 확산 : 온도차이에 의해 전자가 이동하는 현상

  (정공은 P → N, 전자는 N → P로 이동)

- 접합면에서 정공과 전자의 결합이 어느정도 진행되면 멈춘다.

- 정공과 전자의 결합이 완료된 부분에는 캐리어가 없으므로 공핍층 형성

   (캐리어 : 전자와 정공을 의미 / 전류의 흐름 발생시킴)

- 공핍층 내에서 n형 쪽은 donor 양이온이 많아 (+)로,

   p형 쪽은 accepter 음이온이 많아 (-)로 대전되어 전기장이 발생하고

   이에 따른 전위차가 발생한다.

 

① 순방향 전압 인가 시(순방향 바이어스)

1) 양전하처럼 행동하는 p형의 양공은 (+) 극에 의한 척력에 의해 오른쪽으로 밀리게 된다.

2) n형의 전자는 (-) 극에 의한 척력에 의해 왼쪽으로 밀리게 된다.

    ∴ 공핍 영역의 두께가 얇아지고 전하들이 장벽을 넘어갈 수 있는 확률이 올라가게 되면서,

        전류가 흐를 수 있게 된다.

 

② 역방향 전압 인가 시(역방향 바이어스)

 

1) 양전하처럼 행동하는 p형의 양공은 (-) 극에 의한 인력에 의해 왼쪽으로 끌려가게 된다.

2) n형의 전자는 (+) 극에 의한 인력에 의해 오른쪽으로 끌려가게 된다.

    ∴ 공핍 영역의 두께가 두꺼워지고 전하들이 장벽을 넘어갈 수 있는 확률이 낮아지게 되면서,

        전류가 잘 흐를 수 없게 된다.

 

※ 이를 활용한 것이 다이오드, LED

     다이오드 : 정류작용(전류를 한 방향으로만 흐르게 함)

     LED : 순방향으로 전압을 걸어주면 빛이 나고,

               역방향으로 걸어주면 빛이 나지 않는다.