다이오드(Diode)에 대해서 알아봅시다!
이해만하시면 다이오드도 별거 아닙니다.
다이오드는 일반적으로 전류의 방향을 한 쪽으로 흘려주는 소자입니다. 그러나 모든 다이오드가 그런 것은 아니며, 종류와 상황에 따라서 다릅니다.
다이오드는 두 가지 다른 반도체, P형과 N형을 하나씩 붙여서 만듭니다. P형 반도체는 전자가 부족하여 + 극성을, 즉 P형의 다수캐리어는 정공입니다. N형 반도체는 전자가 남아 - 극성을, 즉 N형의 다수캐리어는 전자입니다. 일반적으로 (+)전하를 정공 (-)전하를 전자라고 부릅니다. 또한, P형 반도체가 붙어있는 곳을 애노드(Anode, A), N형 반도체가 붙어있는 곳을 캐소드(Cathode, K)라고 부릅니다.
P와 N 이 두 아이를 붙이는 것을 '접합(Junction)'이라고 합니다. 이 두 반도체를 접합하면 이 둘 사이에 '공핍층(Depletion Region)'이라고 불리는 특수한 장벽이 생깁니다.
이 장벽에 대해 알아보기 위해 그림을 살펴보겠습니다. PN접합면에서 P쪽에는 (+)가 남아돌고 N쪽에는 (-)가 남아돌게 됩니다. 따라서 확산에 의해서 P의 정공들은 공핍층의 N쪽으로 일부 넘어가고 N의 전자들은 P쪽으로 전자가 넘어가 중성상태를 이루게 됩니다.
이로인해 자연스럽게 장벽이 어느 정도 만들어지면, 그 다음부터는 뛰어넘을 힘이 없어서 전자가 더이상 만나지 못하게 됩니다. 이 상태가 평소 상태입니다.
이 다이오드에 순방향 바이어스를 걸어봅시다. P형반도체에 + 전압을 N형 반도체에 - 전압을 걸어주면, p영역의 다수캐리어인 정공은 접합면을 가로질러 n영역으로 주입되고 n영역에있는 다수캐리어인 전자는 p영역으로 주입됩니다. n영역으로 주입된 정공들 때문에 n영역에 있는 소수캐리어인 정공의 농도는 점점 증가될 것입니다. 마찬가지로 p 영역에 있는 소수캐리어인 전자도 농도가 높아질 것입니다. 이농도는 접합면에서 가장 높습니다. 전압쪽으로 다가갈수록 정공과 전자가 결합하기 때문이죠. 그래서 각각의 반도체에서 농도차가 발생하게 됩니다.
(P형을 예로든다면 접합면에서는 전자의 농도가 강하고 (+)전압이 걸린쪽에는 전자의 농도가 얕아진다는 뜻입니다.)
따라서 이 농도차에 의해서 이 캐리어(정공, 전자)들은 접합면으로부터 서서히 멀어지게 됩니다. 이렇게 장벽이 허물어 지면서 완전히 극복되는 전압이 생기고 이 전압을 문턱전압이라고 하며 문턱전압이상에서 전류가 흐르게 되는겁니다.
반대로 P형 반도체에 - 전압을 N형 반도체에 + 전압을 걸어주면, P형에 남아돌던 전자들이 - 전압 쪽으로 가버리고, 그 덕택에 장벽이 더욱 커져버려서 전류가 안흐르게 됩니다. 이처럼 P에 - N에 +를 걸어준 상태를 '역방향 바이어스(Reverse Bias)'라고 합니다. 그런데, 역방향 바이어스 전압이 많이 커지면, N형에 아주 약간 있는 전자들이 거대한 장벽을 뛰어넘고, 이 전자들이 P형에 있는 전자랑 추돌 사고를 일으키면서, 애들이 단체로 발광을 하고 전류가 다시 흐르게 됩니다. 이를 '에벌랜치 항복(Avalanche Break)'라 합니다. 물론... 이 상태로 계속 내버려두면 다이오드가 망가집니다.
위 그림이 다이오드 입니다.
(b)그림은 회로에서 다이오드를 표시하는것입니다. (c)그림은 실제 다이오드를 사용할때 흰띄를 볼 수 있는데 이 부분이 (-)라고 생각하시면 됩니다.
자~ 다이오드 이제 이해되셨나요?
