반도체와 다이오드

1. Silicon (Semiconductor)

[그림] Pure Silicon

 

• 반도체 (Semiconductor) : 평소에는 전류가 흐르지 않지만 특정 조건에는 전류가 흐르는 물질.
• 실리콘 (Silicon) : 최외각 전자가 4개인 4족 원소. 반도체를 만드는데 필요한 핵심 물질.

 

[그림 Silicon Lattice

• Silicon Lattice : 옥탯규칙을 맞추기 위해 전자를 8개로 유지하려는 성질 때문에 실리콘 1개가 4개의 실리콘과 공유결합한 상태. 안정적인 격자구조를 이룸.
• 도핑 (Doping) : 순수 실리콘(Pure Silicon)은 전기적으로 안정되어 전류가 흐르지 않음. 이러한 Pure Silicon의 형태에 불순물(Impurity, Dopants라고 부르며 5족원소 or 3족원소)를 첨가하여 전기 전도성을 높히는 행위

 

 

2. Dopants & N/P Type Semiconductor  

[그림] N형 반도체

• Donor Doping : 5족원소(전자 기부자, Donor)를 첨가하여 도핑하는 것. 5족원소는 +이온이 되고 빠져나온 전자 1개는 자유전자 상태가 되어 흐를 수 있게 됨.
• N형 반도체 (N type Semiconductor) : Donor Doped된 Semiconductor. 전하를 전달하는 Free Carrier가 전자이고 전자는 Negative 전하를 가지기 때문에 N형 반도체라고 부름.

 

[그림] P형 반도체

• Acceptor Doping : 3족원소 (전자 수령자, Accptor)를 첨가하여 도핑하는 것. 전자가 하나 부족하여 빈자리(정공)이 생기게 됨. 전자들이 이 빈자리를 채우면서 마치 정공이 움직이는 것 처럼 보이게 됨.
• P형 반도체 (P type Semiconductor) : Acceptor Doped된 Semiconductor. 전하를 전달하는 Free Carrier가 정공이고 정공은 전자보다는 Positive한 전하를 가지기 때문에 P형 반도체라고 부름,

 

3. Diode

P형 반도체와 N형 반도체를 이어붙인 구조를 P-N Junction 또는 Diode (다이오드)라고 함. Diode에서 P형쪽을 Anode(양극), N형쪽을 Cathode(음극)라고 함.

 

[그림] 다이오드

1) 정방향 전압 (Forward Bias) : Anode(P)에 양의 전압, Cathod(N)에 음의 전압을 가해주면 P type Semocinductor에 있는 정공이 + 전원에서 멀어지고, N type Semiconductor에 있는 자유전자가 - 전원에서 멀어져서 서로 만나게 되고, 결국에 반대편으로 넘어가서 다이오드에 전류가 흐를 수 있게 됨.

 

2) 정류작용 : 한쪽 방향으로만 전류가 흐르게 하는 작용. 다이오드의 가장 큰 특징은 한 방향으로만 전류가 흐른다는 것. 이러한 다이오드는 교류전원(방향이 계속 바뀌는 전원)를 직류 전원으로 전환하는데에 쓰이는 어댑터 같은 곳에 쓰이기도 함.

 

3) 역방향 전압 (Reverse Bias) : 그러나 반대로 Anode(P)에 음의 전압, Cathod(N)에 양의 전압을 가해주면 정공과 자유전자가 서로 전원쪽으로 이끌려서서 다이오드에 전류가 거의 흐르지 않게 됨.