반도체 다이오드란?
반도체 다이오드는 전류를 단방향으로만 흐르게 하는 전자 부품의 일종입니다. 실리콘 또는 게르마늄과 같은 반도체 재료로 만들어지며, 양전하 캐리어(양공, p-타입)가 과잉인 층과 음전하 캐리어(전자, n-타입)가 과잉인 층 두 개로 구성됩니다. 다이오드가 회로에 연결되어 p-타입 층에 양전압이, n-타입 층에 음전압이 가해질 때, 전류가 다이오드를 통해 쉽게 흐릅니다. 이는 n-타입 층의 전자가 양전압을 향해 움직이고, p-타입 층의 양공이 음전압을 향해 움직이면서 다이오드를 통한 전류의 흐름을 만들기 때문입니다. 그러나 전압이 반대로 가해지면, 즉 p-타입 층에 음전압, n-타입 층에 양전압이 가해지면, 다이오드는 전류를 흐르게 하지 않습니다. 이는 접합 부위에서 주요 캐리어(양공 및 전자)가 밀려나면서, 전류 흐름을 막는 결핍 영역을 형성하기 때문입니다.
다이오드의 응용
다이오드는 전류를 단방향으로만 흐르게 하는 특성 때문에 전자 회로에서 다양한 용도로 사용됩니다. 다이오드의 일반적인 응용 사례는 다음과 같습니다:
정류: AC 전압을 DC 전압으로 변환하기 위해 정류회로에서 다이오드가 사용됩니다.
전압 규제: 제너 다이오드는 입력 전압의 변동에도 불구하고 일정한 전압 출력을 유지하는 데 사용될 수 있습니다.
신호 검출: AM 라디오 신호의 검파에 다이오드가 사용됩니다.
클리핑 및 클램핑: 신호의 일부만 통과시키거나 특정 전압 수준으로 고정시키는 데 다이오드가 사용됩니다.
보호: 전압 스파이크나 역방향 전압으로부터 전자 부품을 보호하는 데 사용됩니다.
발광 다이오드(LED): 전류가 통과할 때 빛을 내는 다이오드로, 조명, 디스플레이, 지시등 등에 사용됩니다.
p-n 접합
반도체에 불순물을 도핑하면, 재료 안에 과잉 전자(n-타입 도핑) 또는 양공(p-타입 도핑)이 생성되어 전기를 전도할 수 있습니다. 서로 다른 도핑이 된 반도체 재료가 결합될 때, p-n 접합이 형성됩니다. 이 접합에서, n-타입 영역의 과잉 전자와 p-타입 영역의 양공이 확산되어 결합하면서, 전하 캐리어가 결핍된 영역이 생성됩니다.
편향과 다이오드의 작동 원리
– 정방향 편향: p-n 접합에 정방향 전압(양전압이 p-타입 영역에, 음전압이 n-타입 영역에 연결됨)이 가해지면, 결핍 영역이 좁아져 재료를 통한 전류의 흐름을 허용합니다.
– 역방향 편향: 역방향 전압(양전압이 n-타입 영역에, 음전압이 p-타입 영역에 연결됨)이 가해지면, 결핍 영역이 넓어져 재료를 통한 전류의 흐름을 막습니다. 그러나 역전압이 특정 임계값에 도달하면, 재료는 ‘산사태 붕괴’라는 과정을 겪을 수 있으며, 이는 결핍 영역이 갑자기 붕괴되어 재료를 통해 많은 양의 전류가 흐르게 됩니다.
