학문
14살꿈많던아이
반도체 다이오드의 p형과 n형 반도체 접합면에서 정류 작용이 일어나는 원리는 무엇인가요?
전류를 한쪽 방향으로만 흘려보내고 반대 방향으로는 차단해 주는 p-n 접합 다이오드의 공핍층 변화와 전자 및 정공의 이동 메커니즘이 무엇인가요?
5개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
p형 반도체에는 정공이, n형에는 전자가 많아요. 둘을 붙이면 농도 차이로 전자는 p쪽으로, 정공은 n쪽으로 확산해서 경계 근처에서 만나 사라져요. 그 자리에는 움직이지 못하는 이온만 남아요. n쪽에는 양이온, p쪽에는 음이온이 남으니 내부 전기장이 생기고, 이 전기장이 더 이상의 확산을 막아요. 운반자가 비어 있는 이 얇은 영역이 공핍층이에요. 실리콘에서는 여기에 약 0.7V의 전위 장벽이 생겨요.
p쪽에 +, n쪽에 -를 걸면 순방향 바이어스가 되고, 외부 전압이 내부 전기장을 상쇄해요. 공핍층이 얇아지고 장벽이 낮아지면 전자와 정공이 접합면을 넘어 상대 영역으로 대량 주입돼요. 전류는 전압에 따라 지수적으로 늘어나요.
반대로 걸면 전자와 정공이 각각 전극 쪽으로 끌려가 접합면에서 멀어지고, 공핍층이 넓어지면서 장벽도 높아져요. 이때는 열로 생긴 소수 운반자가 만드는 나노암페어 수준의 역포화 전류만 흘러서 사실상 차단돼요. 역전압을 계속 높이면 항복이 일어나 전류가 급증하는데, 제너 다이오드는 이 현상을 일부러 활용해요 :)
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채택된 답변안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.
p-n접합 다이오드의 정류 작용은 접합면에 형성된 공핍층이 순방향 전압에서 좁아져서
전류가 흐르고 역방향 전압에서는 넓어져 전류가 차단되기 때문에 발생한답니다.
안녕하세요. 박재화 전문가입니다.
P형과 N형 반도체를 붙이면 접합면 근처에서는 전자와 정공이 서로 이동해 재결합하게 되면서 공핍층이라는 것이 만들어집니다. 이 공핍층에는 자유롭게 움직이는 전하가 거의 없기 떄문에 전류가 쉽게 흐르지 못하는 장벽 역할을 하게 됩니다.
순방향 전압을 걸면 이 장벽이 낮아지고 공핍층이 얇아져 전자와 정공이 접합면을 넘어 이동하면서 전류가 흐르게 됩니다. 반대로 역방향 전압을 걸어버리면 공핍층이 더 넓어지고 장벽도 커져 대부분의 전류가 차단되게 됩니다. 그래서 다이오드라는 것은 한 방향에서는 전류가 잘 흐르고 반대 방향에서는 거의 흐르지 않는 정류 특성을 가지게 되는 것입니다.
핵심은 전압 방향에 따라 공핍층의 두께와 장벽 높이가 달라지면서 전하의 이동 가능성이 바뀌는 것이라고 보시면 되겠습니다.
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.
정류 작용은 공핍층의 두께 변화 때문에 일어납니다. 왜냐하면은 순방향 전압을 걸면은 정공이랑 전자가 밀려나면서 장벽이 얇아집니다. 그래서 전류가 쉽게 통과하기 때문입니다. 거기다가 이 상태에서는 전기가 한쪽 방향으로 막힘없이 흐릅니다.
그리고 반대로 역방향 전압을 걸면 장벽이 엄청 두꺼워집니다. 왜냐하면 정공과 전자가 접합면 반대쪽으로 끌려가면서 차단막이 생기기 때문입니다. 그래서 역방향 전기는 완전히 막히게 되고 결국에는 한쪽으로만 전기가 흐르게 되는 거죠.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
p-n 접합 다이오드는 p형의 정공과 n형의 전자가 접합면에서 재결합하여 전하 나르시개가 없는 공핍층을 형성하고 내부 전위차를 만들어 기본적으로 전류의 흐름을 막습니다. 이때 외부에서 p형에 (+) n형에 (-) 전압을 가하는 순방향 바이어스를 걸어주면 공핍층의 폭이 좁아지며 전자와 정공이 접합면을 넘어 원활하게 이동해 전류가 흐르게 됩니다 반대로 p형에 (-) n형에 (+) 전압을 가하는 역방향 바이어스를 걸면 전자와 정공이 접합면 반대편으로 끌려가 공핍층의 폭이 더욱 넓어지고 전위 장벽이 높아져 전류가 차단됩니다. 이러한 공핍층의 신축적 변화와 전하 나르시개의 선택적 이동이 바로 전류를 한쪽 방향으로만 흘려보내는 정류 작용의 핵심 원리입니다