다이오드 특성 실험.
(pn접합에 대한 바이어스 전압의 효과)
1.관련이론
일반적으로 하나의 pn접합으로 구성되어 있는 반도체소자를 다이오드라고 한다. 여기서 반도체란, 도체와 절연체의 중간 정도의 전도율을 가지고 있는 것이다
이 전도율은 보통 온도에 따라서 저항률이 달라지게 된다. 이러한 반도체는 불순물이 들어있는 여부에 따라, 진성반도체와 불순물 반도체로 나뉘게 된다
진성반도체라고 하고, 전기적 성질에 아무런 영향을 미칠 수 없는 극히 미소한 양의 불순물이 포함된 반도체라면 순수반도체인 진성반도체라고 해도 상관없다. 진성 반도체와는 다르게 ge 및 si를 모체로 한 외인성 반도체 또는 불순물반도체에 사용하는 불순물원자로서 관심의 대상이 되는 것은 원자가가 3가 및 5가의 원자들이다
5가의 원자들은 자유전자를 제공할 역할을 하므로 도우너(donor-기증자) 불순물이라고 불리어진다. 한편 3가의 원자들은 결합전자를 받아들여 정공을 만드는 역할을 하므로 억셉터(acceptor-수납자) 불순물이라고 불리어 진다
이의 원리를 다시 한번 더 살펴보자면, 4가 원자인 실리콘(si)의 경우 규칙적으로 배열되어있다. 이러한 실리콘의 한 가운데 5가 원자인 인(p)이 불순물로서 약간 포함된 경우를 가정한다
이 때 실리콘 원자는 모두 가전자를 4개씩 가지고 공유 결합 되어있는데, 이때 5개의 가전자를 가지고 있는 인이 들어오면 실리콘 원자와의 결합을 위해 4개의 가전자를 사용해서 1개의 가전자가 남게된다. 이러한 가전자는 상온온도(약 300k)에서 인의 원자핵에 속박되지 않고 자유롭게 이동가는 한데, 이른바 자유전자라고 말할 수 있다
전류가 흐를 때, 과잉된 전자를 다른 곳으로 보냄으로써 전기전도가 이루어 지는데 이를 n형 반도체라고 한다. n형 반도체에서 도우너(doner)는 [준다]의 의미이고, n은 negative 즉, (-)를 뜻한다
이와 다르게 실리콘 결정 속에 3가원자인 인듐(in)이 혼입되었을 경우를 가정한다. 인듐은 3개의 가전자 밖에는 가지고 있지 않으므로 결합하기 위해서는 가전자 1개가 부족하다
이로 인해 p형 반도체는 전자를 주는 n형 반도체와는 반대로 과잉전자를 받아들이게 된다. 그러므로 p형 반도체는 n형 반도체와는 반대로, positive를 뜻하는 p를 쓰고 ()로 표시한다
si나 ge과 같은 단결정의 한쪽에 억셉터 불순물(p형)을 도우핑하고 다른쪽에 도우너불순물(n형)을 도우핑 하면, 한 결정 내에 p형 반도체와 n형 반도체가 형성되는데, 이러한 p형 반도체와 n 형 반도체의 금속학적 경계를 pn접합이라고 한다. 이 pn접합에 전압을 가하게 되면 열평형상태가 깨진다
여기서 말하는 열평형상태란 전자의 운동에 기인하는 전자전류 및 정공의 운동에 기인하는 정공전류가 각각 반도체 안의 모든 점에서 0인 상태를 말한다. 그렇기에 전류를 가하게 되면 이 상태가 깨지는 것은 당연하다고 말할 수 있다
(이하 생략)