P형 반도체와 N형 반도체를 서로 연결하면?!
저번 포스팅은 N형 반도체와 P형 반도체 각각을 알아봤습니다.
이제 두 반도체를 연결해보겠습니다.
P형 반도체와 N형 반도체가 있습니다.
P형 반도체는 Hole이 대부분이고 N형 반도체는 Electron이 대부분입니다.
그런데 이렇게 각자 있을때는 그 자체로 중성상태를 유지하고 있습니다.
Hole은 (+) 성질을 갖고있고 Electron은 (-) 성질을 갖고있는데 왜 중성인지 헷갈리실수도 있을텐데요.
P형 반도체를 만들기 위해 B 붕소를 넣으면 Hole이 생성되는데요.
이 자체가 안정적인 상태입니다.
N형 반도체 또한 P 인을 넣어주면 Electron 하나가 더 생성됩니다.
이 자체가 안정적인 상태입니다.
즉, Hole이 많아서 (+) 성질을 갖고 전자가 많아서 (-)성질을 갖게되는건 아닙니다.
P,N형 반도체 연결 시작!
PN 접합면, PN junction
P형 반도체와 N형 반도체를 연결했습니다.
연결했을 때 맞닿는 부위를 PN접합면, PN Junction이라고 부릅니다.
그러면 PN Junction 부근에서는 어떤일이 생길까요?
확산(diffusion)과 공핍영역(Depletion region)이란?
P형 반도체는 Hole이 많고 N형 반도체에는 Electron 전자가 많습니다.
그럼 PN 접합면에서는 어떤일이 생길까요?
P형 반도체에서 보유하고 있는 Hole들이 N형반도체로 흘러갑니다.
N형 반도체에서 보유하고 있는 전자들이 P형 반도체로 흘러갑니다.
이렇게 서로 섞이기 시작하는걸 확산 diffusion 이라고 합니다.
Hole과 Electron이 확산되면 서로 결합이 되기 시작합니다.
Electron 전자가 Hole 구멍속으로 들어가서 Electron과 Hole이 함께 사라진다고 이해하시면 됩니다.
그러면 PN 접합면 기준으로 Hole과 Electron이 존재하지 않는 영역이 발생하는데 이 영역을
공핍영역, Depletion region, space charge region 이라고 합니다.
그러면 N형 반도체 입장에서는 Electron 전자가 사라진 자리는 양전하 성질을 갖게 됩니다.
P형 반도체 입장에서는 Hole들이 사라진 자리는 음전하 성질을 갖게 됩니다.
위에서 설명해드린 내용에 대한 그림입니다.
가운데 "공핍 영역"을 기준으로 N형 반도체에는 양전하, P형 반도체에는 음전하가 생성됩니다.
Barrier Potential (전위 장벽)의 생성
위에 글들을 잘 정리해준 그림 한장입니다.
공핍영역을 기준으로 N형 반도체에는 양전하와 P형 반도체에는 음전하가 형성되어 있습니다.
그런데 왜 확산이 끝까지 발생하지 않고 중간에 어느정도 발생하다가 끝났을까요?
그건 바로 Barrier Potential 전위 장벽이 생겼기 때문입니다.
양전하,음전하가 같이 있으면 전기장이 형성되고 전압차이가 발생합니다.
이 전압차이를 "전위 장벽"이라고 하는데요. 실리콘 반도체는 0.7V, 저마늄 반도체는 0.3V 값으로 형성됩니다.
이 전위장벽이 형성되면 더이상 확산이 일어날 수 없습니다.
확산을 해주고 싶으면 어떻게해야할까요?
외부에 전원을 연결해주면 됩니다.
위 내용은 다이오드 diode의 기본 원리입니다.
다음 포스팅에서는 diode에 대해서 알아보겠습니다.
● 개인적으로 공부하며 정리한 내용입니다 ●
잘못된 내용이 있으면 언제든 답글 달아주세요
감사합니다
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