PN 접합

PN 접합과 바이어스 원리

이전 글에서 간단히 설명한 내용을 바탕으로, PN 접합의 구조와 동작 원리에 대해 더 자세히 정리합니다.

PN 접합이란?

• PN 접합은 단순히 두 반도체를 붙이는 것이 아니라, 한 개의 단결정 실리콘 내에서 도너와 억셉터 불순물을 각각 국부적으로 주입해 구성한다.
• P형 영역의 정공은 N형 쪽으로, N형 영역의 자유전자는 P형 쪽으로 확산된다.
• 이러한 캐리어의 이동을 주입 캐리어라고 한다.
• 정공이 빠져나간 P형은 음전하, 전자가 빠져나간 N형은 양전하를 띠게 되어 접합면 부근에 공핍층이 형성된다.
• 공핍층에는 전기장이 형성되며, 이는 캐리어의 추가 이동을 막는 전위 장벽을 만든다.
• 전위 장벽의 크기:
  • 실리콘 : 약 0.7V
  • 게르마늄 : 약 0.3V
• 이 전위 장벽은 외부 바이어스를 통해 제어 가능하여, 다양한 전자 소자의 동작 원리로 활용된다.

순방향 바이어스

• P형에 +, N형에 - 전압을 인가하는 방식
• 전위 장벽을 상쇄시켜 공핍층을 얇게 만들고, 전류가 흐를 수 있는 상태가 됨
• 정공(P형 → N형), 전자(N형 → P형)가 이동하며 순방향 전류가 흐른다

역방향 바이어스

• P형에 -, N형에 + 전압을 인가하는 방식
• 전위 장벽이 더 강화되어 공핍층이 넓어짐
• 전류가 거의 흐르지 않으며, 극소량의 누설 전류만 존재
• 이 특성을 이용해 정류 작용을 구현할 수 있음