¶ 지식 정보

¶ 순수 반도체(고유 반도체)

규소$(\mathrm{S}\mathrm{i})(\backslash mathrm\{Si\})$나 저마늄$(\mathrm{G}\mathrm{e})(\backslash mathrm\{Ge\})$과 같이 원자가 전자가 $44$개인 한 원소로만 이루어진 반도체이다.

¶ 불순물 반도체

전기 전도성을 더 좋게 하기 위해 순수 반도체에 원자가 전자가 $33$개이거나 $55$개인 불순물을 첨가한 것이다.

¶ 도핑

순수 반도체에 일반적으로 원자가 전자가 $33$개이거나 $55$개인 불순물을 첨가하는 과정이다.

¶ p형 반도체

붕소$(\mathrm{B})(\backslash mathrm\{B\})$나 알루미늄$(\mathrm{A}\mathrm{l})(\backslash mathrm\{Al\})$과 같이 원자가 전자가 $33$개인 원소로 도핑한 반도체이다.

아래 그림과 같이 원자가 전자가 $44$개인 원소에 비해 원자가 전자 $11$개가 부족하여 전자가 비어 있는 자리인 양공이 생긴다.
양공으로 인해 원자가 띠 바로 위에 새로운 에너지 준위인 받개 준위가 만들어진다.

원자가 띠에 있던 전자는 받개 준위로 쉽게 전이하여 원자가 띠에 빈자리(양공)가 생기는데,
이를 통해 원자가 띠에 있는 전자가 이동할 수 있게 되어 전기 전도성이 좋아진다.

¶ n형 반도체

인$(\mathrm{P})(\backslash mathrm\{P\})$이나 비소$(\mathrm{A}\mathrm{s})(\backslash mathrm\{As\})$와 같이 원자가 전자가 $55$개인 원소로 도핑한 반도체이다.

아래 그림과 같이 원자가 전자가 $44$개인 원소에 비해 원자가 전자 $11$개가 남아 자유롭게 이동할 수 있다.
남는 전자로 인해 전도띠 바로 아래에 새로운 에너지 준위인 주개 준위가 만들어진다.

주개 준위에 있던 전자는 전도띠로 쉽게 전이하여 전기 전도성이 좋아진다.

¶ 다이오드

전류를 한쪽 방향으로만 흐르게 해주는 장치이다.

¶ p-n 접합 다이오드

$\mathrm{p}\backslash mathrm\{p\}$형 반도체와 $\mathrm{n}\backslash mathrm\{n\}$형 반도체를 접합(이어 붙임)한 것이다.

아래 그림과 같이 구조는 $\mathrm{p}\backslash mathrm\{p\}$와 $\mathrm{n}\backslash mathrm\{n\}$을 사각형 안에 나타내고,
기호는 $\mathrm{p}\backslash mathrm\{p\}$형 반도체 쪽의 삼각형과 $\mathrm{n}\backslash mathrm\{n\}$형 반도체 쪽의 수직선을 통해 나타낸다.

¶ 순방향 전압과 역방향 전압

순방향 전압은 $\mathrm{p}\backslash mathrm\{p\}$형 반도체와 $\mathrm{n}\backslash mathrm\{n\}$형 반도체에 각각 전원의 ($++$)극과 ($--$)극을 연결하였을 때 걸리는 전압이고,
역방향 전압은 $\mathrm{p}\backslash mathrm\{p\}$형 반도체와 $\mathrm{n}\backslash mathrm\{n\}$형 반도체에 각각 전원의 ($--$)극과 ($++$)극을 연결하였을 때 걸리는 전압이다.

• 순방향 전압이 걸렸을 때:
  순방향 전압에 의해 $\mathrm{p}\backslash mathrm\{p\}$형 반도체의 양공은 $\mathrm{n}\backslash mathrm\{n\}$형 반도체 쪽으로 이동하고, $\mathrm{n}\backslash mathrm\{n\}$형 반도체의 자유 전자는 $\mathrm{p}\backslash mathrm\{p\}$형 반도체 쪽으로 이동하여 접합면 부근에서 결합한다.
  전원에 의해 양공과 자유 전자는 계속 생성되고, 순방향 전압에 의해 이동하여 전류가 $\mathrm{p}\backslash mathrm\{p\}$형 반도체에서 $\mathrm{n}\backslash mathrm\{n\}$형 반도체 방향으로 흐른다.

---

• 역방향 전압이 걸렸을 때:
  역방향 전압에 의해 $\mathrm{p}\backslash mathrm\{p\}$형 반도체의 양공과 $\mathrm{n}\backslash mathrm\{n\}$형 반도체의 자유 전자는 각각 접합면과 멀어지는 방향으로 이동한다.
  이로 인해 양공과 자유 전자가 접합면을 통과하지 못해 전류가 흐르지 않는다.

¶ 발광 다이오드(LED)

전류가 흐를 때 빛을 내는 다이오드이다.

아래 그림과 같이 순방향 전압에서 양공과 자유 전자가 결합할 때, 자유 전자가 에너지 준위가 낮은 양공 쪽으로 전이하면서 띠 간격에 해당하는 만큼의 에너지를 빛으로 방출한다.

¶ 시뮬레이션

¶ 적용 문항

¶ 1번 문항

¶ 2번 문항