[반도체 소자] PN Junction

1. PN Junction

 

- Junction: 전기적 종류가 다른 두 영역이 만나는 계면

 

 

1) PN Junction

  : P-type, N-type을 접합한 구조

 

- P-type, N-type을 접합한 경우 캐리어의 농도 차이로 인한 확산이 일어남

   접합부의 정공과 전하가 넘어온 캐리어로 인해 상쇄되며 공핍층 형성

    P-type 쪽은 정공으로 인해 (+), N-type쪽 은 전자로 인해 (-)로 대전되며 전위차 발생

    Buit In Potential 발생

 

- 공핍층(Depletion layer): free carrier 가 존재하지 않는영역(전자  수=정공 수-> 중성)

                                                    공핍층 폭(Wdep)

 

- Buit In Potential(=junction voltage, potential barrier) =kT*ln(NpNa/ni2)

 

- 공핍층 커패시턴스(Depletion layer capacitance(=junction capacitance), Cdep)

  : P-type, N-type영역은 두 개의 도체와 유전체로 볼 수 있음

  Cdep= ε(si)*A/Wdep

 

출처- https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%8C%8C%EC%9D%BC:Pn-junction-equilibrium-graphs.png

 

2) With bias

- 순방향 바이어스(Forward bias)

  : P-type 반도체에 (+), N-type 반도체에 (-)를 걸어주는 것

    P-type의 정공이 접합면을 넘어 N-type으로 이동하고 N-type의 전자가 접합면을 넘어 P-type으로 이동해 

    소수캐리어(Minority carrier)가 된다  이로 인해 공핍층이 작아지고 Buit In Potential이 감소, 소수 캐리어에 의해 전류가 흐른다.

    접합면에서 전자와 정공의 결합이 일어나 에너지가 빛 또는 열로 방출

 

출처- https://www.electronics-tutorials.ws/diode/diode_3.html

- 역방향 바이어스(Backward bias)

   : P-type 반도체에 (-), N-type 반도체에 (+)를 걸어주는 것

     P-type의 정공이 (-) 극으로 이동하고 N-type의 전자가 (+)극 으로 이동해 공핍층이 넓어지고

     Buit In Potential이 증가

     그러나 소수캐리어(intrinsic)에 의해 미세한 누설전류(Leakage current,=drift current)가 흐른다.

 

출처- https://www.electronics-tutorials.ws/diode/diode_3.html

 

3) 항복(Breakdown)

  : 일정이상 역방향 전압(> 제너 전압)을 가할 경우 공핍층의 공유결합이 끊어지며 다수의 캐리어 형성 및 공핍층 감소

    -> 전류가 잘 흐를 수 있게 됨

출처- https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semiconductors/chpt-2/the-p-n-junction/

 

- 제너항복(Zener breakdown): 높은 역방향 전압에 의해 공핍층의 공유결합이 끊어지며 캐리어가 형성됨

- 애벌런치 항복(Abalanche breakdown): 제너항복 이후 전압에 의해 높은 에너지를 가지게 된 캐리어가 공유결합과 충돌

                                                                                , 공유결합을 끊어 캐리어가 형성됨