Transcript 반도체 특성, pn접합 pnp, npn접합, TFT, 전류전압 특성

반도체,다이오드
트랜지스터, FET
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020685
박보현
정유진
김진하
최진희
반도체(semiconductor)
• 원래는 거의 전기가 통하지 않지만
빛이나 열, 또는 불순물을 가해주면
전기가 통하고 또한 조절도 할 수 있
는 물질
1. 진성반도체
<4족의 Si 원소>
순수한 실리콘에서는
원자핵에 결합되어
있는 전자가 움직일
수 없기 때문에 전압
을 걸어도 전류는 흐
르지 않는다.
2. 불순물반도체
1) p형 반도체
<3족원소 : B, Al, Ga 등>
진성반도체에 3족
원소를 소량 넣어
주면 전자가 비어
있는 상태, 즉 정
공(hole)이 생긴다.
이 상태에서 전압
을 걸어주면 전류
가 흐르게 된다.
2) n형 반도체
<5족 원소 : P, As 등>
5족원소를 소량 넣어주
면 전자가 남는 상태,
즉 잉여전자가 생긴다.
이 상태에서 전압을 걸
어주면 제자리를 못찾
은 잉여전자가 자유전
자가 되며 전류가 흐르
게 된다.
다이오드
• p, n 반도체의 접합
• 한쪽 방향으로만 전류를 흐르게 한다.
• p형 반도체를 애노드(anode), n형 반도체를 캐소드(cathode)
라고 부른다.
애노드
(anode)
anode
캐소드
P
N
(cathode)
cathode
1. pn접합의 형성과 공핍층의 생성
• n형 반도체와 p형 반도체를
접촉시켰을 때 이루어지는 n
형 영역과 p형 영역의 접합
부위를 pn접합이라 한다. (p
형과 n형 각각은 전기적으로
중성이다.)
p-n접합의 경계층 근처에
서 캐리어의 농도차에 의해
정공은 n형 영역으로, 전자
는 p형 영역으로 확산이 일
어난다.
• n형 접합부근에서 확산으로 전
자를 잃은 5가 원소는 +로 대전되
며 p형 영역으로 확산된 전자는 n
형으로 확산하는 정공과 만나 결
합하므로 p형 접합의 3가 원소는
–로 대전된다.
• 확산이 증가할수록 n형 접합부
근에는 +로 대전된 양이온이 증가
하고, p형 접합부근에는 –로 대전
된 음이온의 숫자가 증가하게 되
며, 이 영역이 공핍층이다.
• 전자와 정공의 불평형 상태는
전위장벽을 형성하여 전류의 흐
르는 방향을 제한한다. (정류작용)
2. 다이오드의 정류작용
1) 순방향전압을 가할 때
• pn접합의 p형 반도체에는 +전압
이, n형 반도체에는 –전압이 가해
지는 것을 순방향이라고 정의한다.
• 순방향접압을 가해주면 공핍층이
소멸되며 전하가 자유롭게 이동한
다.
• p형 반도체에는 정공이, n형 반도
체에는 전자가 유입되어 정공은 전
위가 높은 곳에서 낮은 곳으로, 전
자는 전위가 낮은 곳에서 높은 곳으
로 이동한다.
2) 역방향전압을 가할 때
• 역방향전압을 가해주면 공
핍층의 확대로 전하가 이동
할 수 없다.
• p형 반도체에는 전자가 유
입되어 정공과 결합하므로
정공은 –극쪽으로 편향된다.
• n형 반도체에는 정공이 유
입되어 전자와 결합하므로
전자는 +극쪽으로 편향된다.
3. 다이오드의 이용
• 다이오드는 한방향으로만 전류가 흐르게 하므로 교류
를 직류로 변환하는 정류회로에 사용한다.
(1) 반파정류회로
(2) 브리지 정류회로
트랜지스터(Transistor)
• 트랜지스터는 기본적
으로는 전류를 증폭할
수 있는 부품으로 아날
로그 회로에서 많이
사용된다. (디지털 회
로에서는 그다지 사용
되지 않음)
1. 트랜지스터의 작동원리
1.양쪽의 N형 반도체 즉,
컬렉터에 비해 이미터 쪽
의 다수캐리어 농도를 훨
씬 크게 도우핑→ 기능상
차별, 전류전도의 효율
2.결핍층의 전기장의 방
향과 전자와 홀에 대한 전
위분포
2. 트랜지스터의 증폭작용
확산전류와
표동전류의
발생
트랜지스터
증폭원리의 예
3. PNP 와 NPN 트랜지스터
• PNP접합 트랜지스터
의 구조
• NPN접합 트랜지스터
의 구조
1) PNP형 트랜지스터의 기본동작
(a) 역방향 전압
(b) 순방향 전압
• (a) 베이스와 컬렉터 사이에 역방향 전압 VcB→ 전류가
흐르지 않음.
• (b) 이미터와 베이스 사이에 순방향 전압 VBE→ 베이스
전류IB
(c) 이미터 전류에서 컬렉터 전류가 생기는 원리(PNP형)
•베이스의 전자와 결합하지 못한 이미터에서 나온 정공→
컬렉터 전류 IC
•이미터의 정공 →이미터 전류 IE
•이미터 전류 IE의 대부분은 컬렉터 전류 IC가 되고, 베이
스 전류 IB로 되는 것 극히 적음
2) NPN형 트랜지스터의 기본동작
(a) 역방향 전압
(b) 순방향 전압
• (a) 컬렉터와 베이스 사이에 역방향 전압 → VCB 전류는
거의 흐르지 않음
• (b) 이미터와 베이스에 순방향 전압 VBE →이미터의 전자
발생
(c) 이미터전류 대부분이 컬렉터로 이동(NPN형)
• 소수의 정공→ 베이스 전류 IB
•베이스의 정공과 결합하지 못한 이미터에서 온 전자→컬렉터
전류 IC
F E T (Field Effect Transistor)
1. 용어설명
Drain -FET(Field Effect Transistor)의 전극
의 하나로서 전류가 흘러 들어가는 전극을
말한다. 즉 Transistor Collector에 해당하는
전극이다.
Gate- FET(Field Effect Transistor)의 제어
전극에 해당되는 것으로 Transistor의 Base
단자에 해당되는 용어이다.
Source- FET(Field Effect Transistor)에서
전류가 흘러 나가는 전극으로 Transistor의
Emitter에 해당되는 용어이다.
2. FET의 종류(제조 방법에 따라)
1)접합형
2)MOS형
1) 접합형 FET
• (가) 전압을 가하는 방법과 흐르는 전류
(나) 접합형 FET 내부에서의 전자 움직임
2) 절연 게이트형(MOS형)
(가) 전압을 가하는 법과 흐르는 전류
접합형의 경우와 같이 VDS가 어떤값 이상으로 커지면 VGS전압만으로
드레인 전류 ID가 제어된다.
• (나) 채널 내부에서의 전자의 움직임
VGS를 변화시킴으로써 VDS에 영향을 받지 않고 채널을 변화시켜
ID를 제어할 수 있다.
3. TFT(Thin film transistor)
-Mos Transistor의 한 종류
절연물
절연물
반도체
절연물
절연물
4. FET의 특성과 응용
• 입력전압으로 출력전류를 제어한다.
• 일반 트랜지스터를 대신하여 많이 사용한다. FET 특성
을 잘 이용한 것이 CMOS-IC 이다.
(CMOS란 P-Channel과 N-Channel MOS를 하나의 회로에 동시에 구성하
여 단위 Transistor의 기능을 발휘하게 한 IC회로로서 소비전력이 작은 장
점을 가지고 있다.)
• Display 재료로 사용한다. 하나의 픽셀에 각각 TFT(FET
의 한 종류)를 장착하여 효율성을 높인다.
(픽셀 :모니터를 통해서 보는 모든 이미지는 실제로는 픽셀이라고 하는
매우 작은 사각형의 점들로 구성되어 있다. 픽셀의 해상도는 하나의 픽셀
이 얼마나 많은 정보를 담고 있느냐에 따라 결정된다. 이것은 한 이미지에
서 나타낼 수 있는 색상의 수를 정하는 중요한 것이다.)
•
http://jas.eng.buffalo.edu/education/mos/mosfet/mos_2.html