PN Junction   PN 접합, pn 접합, p-n 접합

(2022-08-11)

pn 접합 다이오드, 정류


1. PN 접합

  ㅇ 2개의 상반된 불순물 반도체 결정을 반도체 접합시킨 것 
     - 제 4족 원소(Si,Ge 등)에, 제 3족 원소(Al,Ga,In 등)의 첨가  :  p형 반도체
     - 제 4족 원소(Si,Ge 등)에, 제 5족 원소(P,As 등)의 첨가      :  n형 반도체
     - 두 유형 불순물 원자 모두를 동시에 다른 농도도핑        :  보상 반도체

  ㅇ PN 접합의 전기적 성질의 특징
     - 주로, PN 접합 면에 멀리있는 중성 영역 상에서,
     - 소수 캐리어 동작이, 전기적 성질을 지배함                   ☞ 아래 3.항 (순 바이어스) 참조

  ㅇ PN 접합의 例)  반도체 다이오드, 트랜지스터 내부 등이 p-n 접합 구조를 갖음


2. p-n 접합 전전자친화력 (진공 준위 ~ 전도대 하단 준위)
     - 반도체 형(n형 반도체,p형 반도체)과 무관하게 항상 같음
  ㅇ 페르미 준위
     - 평형 상태 하에서 만 성립되는 개념으로,
     - 반도체 형(n형 반도체,p형 반도체)에 따라 달라짐
  ㅇ 일함수 (진공 준위 ~ 페르미 준위)
     - 반도체 형(n형 반도체,p형 반도체)에 따라 달라짐


3. `열평형` 상태 하에서, p-n 접합

  ㅇ 두 평형 (공간전하 전계력 = 다수캐리어 확산력)을 이룸           ☞ 반도체 평형상태 참조
       에너지밴드 구조                                                          ☞ 에너지 밴드 참조
       

     - 열적 평형상태 하에서, 
        . eVbi (Vbi : 내부 전위 장벽)는, p,n 영역 간에 전하 이동이 없도록 장벽 역할을 함
        . 페르미 준위는, 일정 값 유지 (즉, 기울기를 갖지 않음)

  ㅇ 공간 전하 밀도 (Space Charge Density)                           ☞ 공간전하영역(공핍층) 참조
       
     - 계단접합(Step Junction), 균일도핑(Uniform Doping) 가정


4. `바이어스` 상태 하에서, p-n 접합의 에너지밴드

  ㅇ 영 바이어스
      

  ㅇ 순 바이어스 (확산 우세 = 소수 캐리어 주입 = 확산전류)
     - 전자 확산 : N형에서 P형으로 확산 (소수캐리어)
     - 정공 확산 : P형에서 N형으로 확산 (다수캐리어)
     

  ㅇ 역 바이어스 (공핍층 넓어짐)
     


5. pn 접합 다이오드전류 - 전압(i - v) 특성 및 역할

  ㅇ 특성 곡선 
      

  ㅇ 주요 역할 : 정류 (Rectification)
       


6. p-n 접합의 성질 응용

  ㅇ p-n 접합 다이오드 응용 특성
     - 비 선형 정류 (Rectification) 특성   ☞ 다이오드 정류 참조
     - 전압 가변 커패시터 특성   ☞ 버렉터 참조
     - 발광 특성   ☞ 발광다이오드 참조
     - 에너지 변환 (태양 광 에너지 -> 전기 에너지)   ☞ 태양 전지 참조

  ㅇ p-n 접합 커패시턴스 관계 (계단접합,경사접합)
     
     -  m : 농도 경사 계수 (grading coefficient)



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