제너 다이오드에 대해 알아봅시다.

제너 다이오드(정전압 다이오드)에 대해 알아봅시다. 제너 다이오드(정전압 다이오드라고도 한답니다.)는 일반 다이오드와 동일한 P-N접합 구조를 가지고 있답니다. 일반적으로, P-N 접합 다이오드는 순방향 전압이 인가되면 전류가 흐르고, 역방향 전압이 인가되면 전류가 흐르지 않는답니다.그렇지만, 역방향 전압을 계속해서 증가시켜 인가하게 되면, 갑자기 전류가 흐르게 되는 현상이 발생하는데, 이러한 현상을 항복현상이라고 하고, 이때 인가된 전압을 항복전압(Breakdown Voltage)이라 한답니다. 항복현상은 애벌런치 항복(Avalanche Breakdown)와 제너 항복(Zener Breakdown), 두 종류가 있는데, 이러한 현상을 이용한 다이오드가 제너 다이오드랍니다. <img src="https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/25645F34575502D727" class="txc-image" actualwidth="400" width="400" style="clear: none; float: none;" border="0" vspace="1" hspace="1" exif="{}" data-filename="zener_simbol.jpg" id="A_25645F34575502D72789EC"/> 제너다이오드 기호 항복현상에 대해 조금 더 알아봅시다. 보통 다이오드의 항복현상은 P형 영역과 N형 영역, 도핑 농도와 역전압에 의해 생성되는 공핍영역의 전계 세기에 의해 결정된답니다. P-N 접합 다이오드에 지속적인 역전압이 인가되면, 역방향 포화전류에서 생성된 전자는 공핍영역의 전계에 의해 가속된답니다. 가속된 전자는 높은 에너지를 가지고 원자와 충돌하게 되는데, 이때 원자와 공유결합 되어 있던 가전자가 이탈하게 되어, 전자와 정공 쌍이 만들어지게 된답니다.이때 만들어진 전자를 자유전자(Free Electron) 또는 전도 전자(Conduction Electron)라고 하는데, 자유전자는 원자핵의 영향으로부터 벗어나 전계에 의해 이동할 수 있으므로 전류를 운반하는 캐리어(Carrier)라고도 한답니다. 원자로부터 이탈되어 새롭게 생성된 전자는 앞서 일어났던 것처럼 가속되어, 연쇄적으로 원자와 충돌하게되고, 새로운 전자는 기하급수적으로 늘어나게 된답니다. 기하급수적으로 늘어난 전자는 공핍영역을 통과하는 전도 전자로 움직이게 되어 전류가 급격하게 흐르게 된답니다.이렇게 큰 역전압이 인가된 상태에서 폭발적으로 전도 전자가 증가하는 현상을 애벌런치 항복(Avalanche Breakdown) 현상이라고 한답니다. 이러한 현상은, 전자가 전계에 의해 큰 에너지를 얻고, 이온 원자와 충돌하여 새로운 전자가 생성될 만큼, 공핍영역 공간이 충분히 넓게 형성되도록, P-N 접합의 도핑 농도가 작을 때 발생한답니다. 인위적으로 P-N 접합의 도핑 농도를 높이게 되면, P-N 접합의 공핍영역이 좁아지게 되고, 강한 전계가 공핍영역에 생성된답니다.따라서, 낮은 역전압 상태에서도 강한 전계에 의해 큰 역방향 전류가 흐르게 되는 현상이 발생하게 되는데, 이것을 제너 항복(Zener Breakdown)현상이라고 한답니다. 제너 항복은 애벌런치 항복과 다른 특성을 가지는데, 애벌런치 항복이 일어난 다이오드는 대부분 열화되어 파괴되므로 사용할 수 없게 되지만, 제너 항복이 발생한 다이오드 양단자 전압은 일정한 값을 유지하면서, 전류만 증가하게 된답니다.이러한, 제너 항복은 P-N 접합의 도핑 농도를 임의적으로 조절하여 변경할 수 있기 때문에 원하는 제너 전압을 가진 다이오드를 만들 수 있답니다. 제너 다이오드의 동작특성을 살펴봅시다. 제너 다이오드는 순방향 전압을 인가하면 일반 다이오드와 동일한 특성을 갖는데, 역방향 전압을 인가하면, 특정 전압(제너전압 Vz)에서 전류가 흐르기 시작한답니다. <img src="https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/252F0F3B575502A61A" class="txc-image" actualwidth="400" width="400" style="clear: none; float: none;" border="0" vspace="1" hspace="1" exif="{}" data-filename="zener_i_V.jpg" id="A_252F0F3B575502A61A3671"/> 제너다이오드 동작 특성곡선 특성곡선에서, 제너 항복영역에서는 전류가 어느 정도 변해도 전압은 일정하게 유지되는 것을 볼 수 있답니다.제너 다이오드는 제너 항복영역에서 동작해야 하고, 역방향 전류는 Iz_min에서 Iz_max 범위에서 동작해야 한답니다. 역방향 전류가 Iz_max 이하로 흐르게 되면 전력소비가 증가하여 다이오드가 버틸 수 있는 허용 전력을 초과하여 파괴되므로, 최대 제너 전류는 Iz_max 이하의 제너 항복 영역에서 동작시켜야 한답니다.