반도체 소자의 종류 (다이오드, 트랜지스터)

1. 다이오드

  ▣ 다이오드는 p형 반도체와 n형 반도체를 하나의 반도체에 결합한 구조로 2개의 전극을 가진 소자이다.

 

p-n 접합 다이오드는 보통 규소로 만들어지지만, 저마늄이나 갈륨-비소가 사용되기도 한다. 첨가해 주는 불순물의 종류에 따라 음전하 운반체(전자)를 갖고 n-형 반도체 특징을 보이는 영역이 생기기도 하며, 양전하 운반체(정공)를 갖고 p-형 반도체 특징을 보이는 영역이 생기기도 한다. 이러한 n-형과 p-형 반도체가 접합되면 처음에는 n-형에서 p-형 쪽으로 전자가 순간적으로 흐르게 되고 그 결과 전하 캐리어가 존재하지 않는 제3영역이 생기게 되는데 이 영역을 결핍 영역(depletion region)이라고 한다.

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p-n 접합이라 불리는 두 영역 사이의 경계에서는 다이오드의 작용이 일어난다. 매우 높은 전위차가 n-형과 p-형 반도체 사이에 존재하게 되면, n-형 반도체에서 p-형 반도체 쪽으로 핍 영역을 지나 전자가 흐르게 한다. 이러한 접합은 전위차가 역방향으로 가해져서 전자가 반대 방향으로 흐르는 것은 방지할 수 있기에 전기 체크 밸브(electrical check valve)라고도 할 수 있다.

 

  ▣ 다이오드는 P형 반도체와 N형 반도체를 접합하여 만든다. 다이오드는 전류의 흐름을 제어하는 밸브역할을 한다.     

      A(Anode)는 양극, K(Kathode) 음극이다.

 

  ① 반도체 기본소자 : 실리콘 (Si)

 

 ▣ P형 반도체는 4가 반도체에 3가 불순물을 주입하여 만들고 N형 반도체에는 4가 반도체에 5가 불순물을 주입하여

       만든다.

 

     순바이어스 : 전위장벽 낮아진다. 공간 전하 영역이 좁다.

     역바이어스 : 전위 장벽이 높아진다. 공간 전하영역이 넓어진다.

 

  ② 다이오드 접속

 

2. 다이오드 종류

 

가. 정류용 #다이오드

  ① 순방향 전압시 저항 "0", 역방향 전압시 저항 "∞"

  ② 정류 특성

      ㉠ #컨버터 (converter) : 교류를 직류로 변환

      ㉡ #인버터 (Inverter) : 직류를 교류로 변환

      ㉢ 부(-) 저항 특성을 가지지 않는다.

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 나. 발광 다이오드 (LED)

   ① 응답속도가 매우 빠르다.

   ② PN접합에 순방향 전류를 흘려서 발광시킨다.

   ③ 전구에 비해 수명이 길고 진동에 강하다.

   ④ 발열이 작다.

   ⑤ 재질 : 비소화갈륨 (GaAs), 인화갈륨(GaP)

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3. 트랜지스터 (TR)

  ▣ 트랜지스터는 전류를 증폭할 수 있는 부품이고 작은 베이스 전류로 큰 콜렉터 전류를 조절할 수 있다.

       또한 스위치 역할을 한다.

   ⊙ 트랜지스터는 NPN, PNP 두종류가 있다.

   ⊙ 베이스에 전압이 가해지면 이미터, 컬럭터 사이에 도통된다. ⇒ 스위치 역할, 증폭 역할

 

가. 트랜지스터의 특성 및 구성

  ① 베이스 전류에 따라 컬렉터 전류가 흐르거나 흐르지 않기도 하는 스위칭 작용을 한다.

  ② 약간의 베이스 전류로 큰 컬렉터 전류를 얻을 수 있는 증폭 특성을 가진다.

  ③ 고온에 약하다.

  ④ #베이스 (B), #이미터 (E), #컬렉터 (C)의 3개의 다리로 구성된다.

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나. 초고주파용 트랜지스터의 구비조건

   ① 컬렉터 전압이 커야 한다.

   ② 컬렉터 전류가 커야 한다.

   ③ 이미터 접합 면적이 작아야 한다.

   ④ 베이스 두께가 매우 얇아야 한다.

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다. FET (전계효과 트랜지스터)의 특성

   ① 집적도가 높다.

   ② 입력저항이 매우 크다.

   ③ 이득대역폭이 작다.

   ④ 소비전력이 작다.

   ⑤ 동작속도가 느리다.

   ⑥ 소자특성이 단극성 소자이다.

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라. 확산형 #트랜지스터

   ① 불활성 가스 속에서 확산시킨다.

   ② 단일 확산형과 2중 확산형이 있다.

   ③ 베이스 내에서 확산시킨다.

   ④ 기체반도체가 용해하는 것보다 낮은 온도에서 불순물을 확산시킨다.

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마. #MOSFET (금속 산화막 전계효과 트랜지스터)의 특성

   ① 산화 절연막을 가지고 있어서 큰 입력저항을 가지고 게이트 전류가 거의 흐르지 않는다.

   ② 2차 항복이 없다.

   ③ 안정적이다.

   ④ 열 폭주현상을 보이지 않는다.

   ⑤ 소전력으로 작동한다.

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바. 각 단자의 전류​

  ① 전류 증폭률

        여기서, β : 베이스 전류와 컬렉터 전류 사이의 비율 (이미터 접지 전류증폭정수)

                     α : 이미터로 주입되어 캐리어가 컬렉터에 도달하는 비율 (베이스 접지 전류증폭정수)

  ② α와 β의 관계

5. 기타 반도체

 

가. SCR의 특징

   ① PnPn의 4층 구조로 되어 있다.

   ② OFF 상태의 저항은 매우 높다.

   ③ 특성곡선에 부저항 부분이 있다.

   ④ 게이트 전류를 바꿈으로써 출력전압을 조정할 수 있다.

   ⑤ 스위칭 소자이다.

   ⑥ 직류 및 교류의 전력 제어용으로 사용된다.

   ⑦ 단방향성 #사이리스터 이다.

   ⑧ 게이트 전류에 의하여 방전개시전압을 제어할 수 있다.

   ⑨ 도통 상태에 있는 SCR을 차단하는 방법

       ㉠ 전압의 극성을 바꾸어 준다.

       ㉡ 양극전압을 부(-)로 바꾼다.

       ㉢ 음극전압을 양(+)로 바꾼다.

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   ※ #래칭전류 (Latching Current)

      ▣ #트리거 신호가 제거된 직후에 사이리스터를 ON 상태로 유지하는데 필요로 하는 최소한의 주전류

   ※ 유지전류 : SCR이 ON된 후에 ON 상태를 유지하는데 필요한 최소 전류

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나. #서미스터 (Thermistor)

   ① 부(-) #저항온도계수 (NTC)의 특성 : 온도 증가시 저항 감소

   ② 열을 감지하는 #감열저항체 소자

   ③ 온도 보상용, 온도계측용(온도계), 온도보정용

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다. #바리스터(Varister) : 가변 용량 소자

   ① 전압에 따라 저항값이 비직선적으로 변화하는 저항 소자

   ② 회로를 병렬로 연결하여 사용

   ③ 서지전압으로 부터 기기 보호

   ④ 계전기 접점의 불꽃 제거

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라. #집적회로 (IC)

  ▣ 하나의 칩(조각) 속에 트랜지스터와 다이오드, 저항 등의 소자를 내장한 것

    ① 대량생산

    ② 신뢰도 향상

    ③ 전자기기의 소형, 경량화

    ④ 빠른 동작속도