해피레포트 - [전기공학] 접합 다이오드의 특성

카테고리 : 레포트 > 공학,기술계열 파일이름 :1장접합 다이오드 특성.hwp 문서분량 : 7 page 등록인 : niceato 문서뷰어 : 한글뷰어프로그램 등록/수정일 : 10.03.13 / 10.03.13 구매평가 : 다운로드수 : 10 판매가격 : 800 원

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보고서설명
접합 다이오드에 대하여 알려면 우선 반도체에 대한 대략적인 설명이 필요하다. 반도체를 간단한 말로 설명하자면 고온과 저온등과 같이 외부적인 영향이나 불순물첨가, 기타 조작에 의하여 전기적인 도체와 절연체 사이의 저항값을 가지는 고체이다. 반도체는 진성 반도체(intrinsic semiconductor)와 외인성 반도체(extrinsic semiconductor)로 분류된다. 진성반도체는 불순물이 첨가되지 않은 실리콘(Si)이나 게르마늄(Ge)을 말하며, 이는 자유전자와 정공이 존재하지 않은 공유결합 상태로 존재하여 전기전도도가 낮다. 실제의 전자소자는 불순물(B,P등)을 첨가하여 전기전도도를 적당히 조절한 외인성 반도체(N형,P형)을 사용하고 있다. N형 반도체는 진성반도체에 P, As, Sb등의 5가 원소(donor)를 첨가하여 과잉의 전자를 형성시킨 것이며, P형 반도체는 B, Al 등의 3가 원소(accepter)를 첨가하여 다수의 홀(hole)을 포함하고 있는 소자를 말한다. [그림1] pn 접합 다이오드 다이오드는 실리콘과 게르마늄의 진성 반도체 결정 속에 [그림1]과 같이 P형 반도체의부분과 n형 반도체의 부분을 만들어 이들이 서로 접속하게 한 것으로 pn접합(pn junction)이

본문일부/목차
접합 다이오드 특성 04509043 전기공학과 한태현 접합 다이오드에 대하여 알려면 우선 반도체에 대한 대략적인 설명이 필요하다. 반도체를 간단한 말로 설명하자면 고온과 저온등과 같이 외부적인 영향이나 불순물첨가, 기타 조작에 의하여 전기적인 도체와 절연체 사이의 저항값을 가지는 고체이다. 반도체는 진성 반도체(intrinsic semiconductor)와 외인성 반도체(extrinsic semiconductor)로 분류된다. 진성반도체는 불순물이 첨가되지 않은 실리콘(Si)이나 게르마늄(Ge)을 말하며, 이는 자유전자와 정공이 존재하지 않은 공유결합 상태로 존재하여 전기전도도가 낮다. 실제의 전자소자는 불순물(B,P등)을 첨가하여 전기전도도를 적당히 조절한 외인성 반도체(N형,P형)을 사용하고 있다. N형 반도체는 진성반도체에 P, As, Sb등의 5가 원소(donor)를 첨가하여 과잉의 전자를 형성시킨 것이며, P형 반도체는 B, Al 등의 3가 원소(accepter)를 첨가하여 다수의 홀(hole)을 포함하고 있는 소자를 말한다. [그림1] pn 접합 다이오드 다이오드는 실리콘과 게르마늄의 진성 반도체 결정 속에 [그림1]과 같이 P형 반도체의부분과 n형 반도체의 부분을 만들어 이들이 서로 접속하게 한 것으로 pn접합(pn junction)이라 한다. 그리고 p형 부분에는 애노드, n형 부분에는 캐소드의 두 개 전극이 양단에 부착되어 있다. 여기서, p형 부분과 n형 부분이 접속되어 있는 면을 접합면(junction surface)이라 한다. ♠ pn 접합일 때의 캐리어 모습 pn 접합에는 [그림 2-a]과 같이 p형 부분의 접합면 부근 양공은 n형 부분으로, n형 부분 접합면 부근의 전자는 p형 부분으로 이동한다. 이 상태는 물속에 농도가 높은 잉크를 떨어뜨렸을 때, 잉크는 서서히 전체에 퍼져 나중에는 물과 혼합해 버리는 경우와 비슷하다. 이와 같은 현상을 확산 현상(diffusion phenomenon)이라 한다. 따라서, 접합면 부근에서 확산한 양공과 전자는 서로 결합하여 소멸한다. [그림2] pn 접합의 캐리어 [그림 3] 전위 장벽과 공핍층 [그림 2-b]는 접합면 부근의 캐리어가 소멸된 부분을 나타낸 것이다. p형 부분의 인듐(In) 원자는 캐리어의 양공에 전자가 부가되어 이온화하고, 음(-)의 전하를 띠게 된다. 또 n형 부분의 비소(As) 원자는 캐리어의 전자에 양공에 부과되어 이온화하고 양(+)의 전하를 띠게 된다. 그 결과, [그림3]과 같이 p형 부분에는 음의 전하가 n형 부분에는 정(+)의 전하가 나타난다. 이 전하에 의한 전위차를 전위 장벽(barrier potential)이라 하며, 캐리어가 이 이상 확산하는 것을 막아 pn 접합 전체의 중화를 저지한다. 동시에 접합면 부근에 캐리어의 결핍층이 생기는데. 이것을 공핍층(depletion layer)이라고 한다. ♠ pn 접합에 순방향 전압을 가했을 때 [그림 5] pn 접합 다이오드의 순방향 전압전류특성 [그림 4-a]와 같이 p형 부분에 양(+)전압, n형 부분에 음(-)전압을 가하며, 공핍층 내의 전위와 양, 음이 반대로 되므로 전위 장벽이 낮아져서 공핍층도 좁아진다. 그 결과 p형 부분의 양공은 접합면을 넘어서 n형 부분으로, n형 부분의 전자는 p형 부분으로 이동해 간다. 따라서, 캐리어의 이동이 생겨 전류가 흐른다. 이와 같이 전압을 인가하는 방법을 순방향 전압(forward voltage)이라 한다. 그리고 흐르는 전류를 순방향 전류(forward current)라고 한다. [그림 4-b]는 이 경우를 기호로 나타낸 것이고 [그림 5]는 대표적인 순방향 전압-전류 특성곡선을 나타낸 그림이다. [그림 4] 순방향 전압의 경우 ♠ pn 접합에 역방향 전압을 가했을 때 [그림 6-a]과 같이 p형 부분에 음(-)전압, n형 부분에 양(+)전압을 가하면, p형 부분의 양공은 음극(-극), n형 부분의 전자는 양극(+극)에 RMffu 간다. 그 결과, 전위 장벽은 높아지고, 공핍층의 폭도 넓어진다. 따라서, 캐리어의 이동이 되지 않으므로 전류는 흐르지 않는다. [그림 6] 역방향 전압의 경우 이와 같이 전압을 가하는 것을 역방향 전압(reverse voltage)이라 한다. [그림 6-b]는 기호로 나타낸 것이다. ♠ pn 접합 다이오드의 전류-전압의 특성 [그림 7]은 전형적인 Si 다이오드의 전류-전압 틍성 곡선으로서, 순방향 바이어스 인가시 0.7[V]의 전위장벽(barrier potential)이하에서는 미소의 전류가 흐르나, 인가 전압이 0.7[V]가 넘는 순간 급격한 전류 증가가 이루어진다. 또한, 역방향으로 바이어스를 인가 할 경우 소수캐리어에 의한 적은 양의 누설전류가 흐른다. 이러한 누설전류는 실리콘 다이오드 경우 수[μA], Ge 다이오드는 수[mA]정도이다. 만약, 계속적으로 역방향 바이어스를 증가시키면 급히 전류가 흐르기 시작하여 갑자기 증가하는 현상이 일어난다. 이것은 공핍층이 높은 전장에 따라 원자 내의 전자가 방출되어 자유 전자와 양공을 만듦으로 이에 따라 제너 절연파괴(Zener breakdown)이라 부르는 현상과 공핍층의 고전장에 의해서 가속된 전자와 양공이 원자를 전리하여, 새로운 자유 전자와 양공을 만듦으로 애벌란시 항복(avalanche breakdown)이라 부르는 현상에 의해서 일어난다. 전류가 급히 증가하는 전압을 절연파괴전압(breakdown voltage)이라고 하며, 또는 제너 전압(Zener voltage)이라고 한다. [그림 7] 다이오드의 특성 예 ☜ Reverse breakdown ♠ 옴메타에 의한 반도체 다이오드 검사 정(+)리드 선과 부(-)리드 선이 둘중 어느선이 p형에 붙을지 n형에 붙을지에 따라서 순방향때의 저항과 역방향때의 저항을 구할 수 있을 것이다. 순방향으로 연결되었으면 전류가 흐르고 낮은 저항이 측정될 것이다. 만약 역방향으로 연결되었다면 매우 적은 전류가 흐를것이고, 매우 큰 저항이 측정될 것이다. ♠ 다이오드의 양극과 음극 확인 다이오드의 음극 끝에는 원형 띠가 둘러져있다. 만약 표시가 안되어 있더라도 저항검사에 의해 양극과 음극을 쉽게 찾을 수 있을 것이다. 저항이 상대적으로 너무 크게 나왔으면 역방향인 것이고 작게 나왔으면 순방향일 것이다. ♣실험 예상하기 ▪다이오드에 바이어스 걸기 1. 다이오드의 양극, 음극 단자를 구별하여 다이오드가 순바이어스가 되도록 구성하고 순바이어스 되도록 하기 위해서 다이오드의 어느 단자를 부단자에 연결하였는가? ☞ p형은 정(+)단자에, n형은 부(-)단자에 연결해야한다. 2. 다이오드에서 측정되는 전압()이 0.7V가 되도록 맞추고 다이오드 전류 를 측정하여 기록한다. 만약 다이오드를 역방향으로 하면 다이오드 전류는 어떻게 되겠는가? ☞전류가 흐르지 않는다. 3. 다이오드를 반대 극성으로 연결하고 를 측정, 기록 후 그 결과가 위의 문제에서 예상한 바를 확인 해 줄 것이다. 4. 다이오드를 역바이어스하고 를 측정 그 값을 기록, 다이오드의 순방향, 역방향 바이어스 때의 다이오드 저항 을 계산해서 기록한다. ☞순방향 일때는 낮은 저항값, 역방향 일때는 높은 저항값이 나와야 한다. 5. 다이오드를 회로에서 분리, 그 저항값을 측정한다. 옴메타의 리드를 반대로 하고 다시 다이오드 저항을 읽는다. 옴메타 내의 전지는 극성을 가지므로 옴메타의 검사리드도 역시 극성을 나타낼 것이다. 옴메타리드의 올바른 접속 위치(극성)에서의 측정값을 기록한다. ▪V-I 특성 6. 다이오드를 회로에 다시 연결하여 순방향 바이어스되게 하고 가변 직류전원을 표 1-2에 주어진 값들로 맞춰놓고 각각의 값에 대한 를 측정, 기록한다. ☞ 0.7V 이후에 급격하게 전류값이 늘어난다. 7. 다이오드를 반대 연결하여 역바이어스 되도록 하고 표 1-2에 지시된 값으로 가변 직류전원을 맞춘다. 이때의 를 측정하고 기록한다. ☞앞서 배운 [그림7]를 참고해서보면 reverse breakdown되기 전까지는 매우 적은양의 전류가 흐를것으로 예상된다. 8. 그래프 용지에 X축, Y축에 점을 찍어 다이오드 특성 곡선 을 그린다. ☞[그림7]에 조사해왔습니다. 9. 만약 커브트레이서가 제공될 수 있으면 첨부된 사용자 사양서를 참조하여 다이오드 특성곡선을 나타내도록 조정한다. 다이오드를 끼워 넣고 CRT 스크린상의 곡선을 관찰 후 이 그래프가 순서7에서 그린 것과 비슷한지 확인해 본다. 차이점이 있으면 설명해본다. ▪근사법 10. 순서8에서 만든 그래프 상에 근사 1,2,3방법에 의한 다이오드 특성곡선을 각기 다른색으로 그린다. 11. 와 에 대한 순바이어스 특성곡선의 선형부분 중에 있는 2점을 사용하여 다이오드의 벌크 저항 를계산한다. 공식에 대입하여 를 구한다. ☞실험시간에 측정뒤 마무리 하겠습니다.

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