정류다이오드에 대해 알아봅시다.

[덤보]

정류다이오드에 대해 알아봅시다.

정류다이오드는 일반적인 다이오드 형태로 P형 반도체와 N형 반도체를 접합한 P-N 접합 다이오드랍니다.

정류다이오드 심벌

P형 반도체는 정공이, N형 반도체에는 전자가 존재하고 있지만, 반도체는 이온과 정공, 이온과 전자가 서로 결합되어 있어 전기적으로는 평형을 이루는 중성상태로 안정을 유지하고 있답니다..

P형, N형 반도체 내부 상태

이러한 P형 반도체와 N형 반도체를 접합하게 되면, 정공은 전자 쪽으로, 전자는 정공 쪽으로 이동하여 결합된답니다.

정공과 전자의 결합은 두 반도체의 접합면에서 이루어지는데, 접합면에 위치한 N형 반도체의 전자는 쉽게 P형 반도체의 정공과 결합 하지만, 정공과 전자가 결합한 후 접합면 주위에 형성된 (-) 이온 벽으로 인하여 N형의 모든 전자가 P형 쪽으로 넘어가지 못하게 된답니다.

마찬 가지로 P형의 정공 역시 일부는 접합면을 넘어가서 N형의 전자와 결합하지만 N형의 (+) 이온으로 인하여 일부만 결합을 이루게 된답니다.

P-N 결합

이렇듯, P-N 접합부에는 정공과 전자가 서로 확산 결합하여, 정공과 전자가 움직일 수 있는 없는 공간이 만들어지게 되는데, 이 공간을 공간전하 영역(Space Charge Region) 또는 공핍영역(Depletion Region), 공핍층(Depletion Layer)이라고 한답니다.

공핍층(공간전하영역)

(+)이온과 (-)이온으로 형성된 공핍영역에는 전계가 발생 되는데, 이 전계에 의해 정공과 전자가 상대영역으로 이동(확산) 되는 것이 억제되는 전위장벽이 된답니다.

이러한 공핍영역의 폭은 반도체 제조과정에서 P형 영역과 N형 영역의 도우핑 농도를 가지고 결정하게 된답니다.

전자와 정공의 이동을 자유롭게 하기 위해서는 전위장벽의 진입과 계속적인 정공과 전자를 공급하기 위한 외부전압을 인가하게 되는데, P형 반도체에 공급된 전압에 의해 동작여부가 결정되고, 동작여부에 따라 공급된 전압을 순방향 또는 역방향 바이어스라고 한답니다.

순방향 바이어스와 역방향 바이어스에 대해 알아봅시다.

순방향 바이어스

P-N 접합 다이오드의 P형 쪽에 (+), N형 쪽에 (-)의 외부 전압을 인가하면, P 영역에 걸린 양전하에 의해 정공은 N형 쪽으로

밀려나게 되고, N 영역에 걸린 음전하에 의해 전자는 P형 쪽으로 밀려, 공핍층 영역이 줄어들게 되어, P-N 접합면의 전위장벽이 감소하게 된답니다.

정공과 전자의 이동이 억제되었던 전위장벽이 감소하게 되면서 정공과 전자가 전위장벽을 쉽게 넘어 서로 결합하여 소멸되게 되고, 외부에서 인가된 전원은 양전하와, 음전하를 계속 공급하게 되므로, P 영역의 정공은 N 형으로, N 영역의 전자는 P 형으로 계속 공급되어 전류가 흐르게 된답니다.

순방향 바이어스와 공핍층 감소

이렇게 전류가 흐르도록 P형 쪽에 (+), N형 쪽에 (-)의 외부 전압을 인가한 것을 순방향 바이어스(Forward Bias)라 한답니다.

역방향 바이어스

P-N 접합 다이오드의 P 형 쪽에 (-), N 형 쪽에 (+)의 외부 전압을 인가하면, P 영역에 걸린 음전하에 의해 정공이 음전하로 끌리게 되고, N 영역에 걸린 양전하에 의해 전자는 양전하 쪽으로 끌려, 공핍층 영역이 증가하게 되고, P-N 접합면의 전위장벽이 증가하게 되어, 정공과 전자의 이동이 불가능하게 된답니다.

역방향 바이어스와 공핍층 증가

하지만 P 형 쪽에 걸린 음전하와, N 형쪽 에 걸린 양전하에 의해 P 형 쪽의 소수 정공이 음전하로, N 형 쪽의 소수 전자가 양전하로 이동하게 되어 미소한 전류가 흐르게 되는데, 이 미소한 전류를 포화전류 또는 유실전류(Leakage Current)라 한답니다.

이렇게 전류가 흐르지 않도록 전압을 인가한 것을 역방향 바이어스(Reverse Bias)라 한답니다.

결과적으로, 다이오드는 순방향 바이어스를 걸어주면 전류가 흐르고, 역방향 바이어스를 걸어주면 전류가 흐르지 못한다는 것을 알 수 있답니다.

이러한 다이오드의 특성을 이용하여, 전류를 한쪽 방향으로만 흐르게 하는 것을 정류(Rectification)라 하고, 이러한 기능을 하는 다이오드를 정류 다이오드(Rectifier Diode)라고 한답니다.

[가마니]

하나를 알더라도 정확하게.~
감사합니다.

[Der Techniker]

'P-N 결합' 그림표 아래의 구절 '정공과 전자가 움직일 수 있는 없는 공간이 만들어지게 되는데,' 가 이상합니다. 수정해야 한다고 생각합니다.

더 정확한 표현이, '역방향 바이어스를 걸어주면 전류가, 무시할 수 있을 정도로 매우 적게 흐릅니다. 거의 흐르지 않습니다.' 라고 생각합니다. 잘난 체하는 것같아서 부끄럽습니다.

좋은 글에 매우 감사드립니다.

[덤보]

p-n 결합에 대한 설명은 p-n 반도체가 어떻게 동작하는 가 하는 이해를 위한 설명이랍니다.
역방향 바이어스에 대한 내용은 마지막 부분에 설명되어 있고, 미세한 전류(미소전류)가 흐른다는 내용이 포함 되어 있답니다....^^