개념 한 쪽
전기기능사 정류용 반도체 소자의 종류 — SCR·LED와 P형·N형
정류와 스위칭에 쓰는 반도체 소자는 층 구조와 단자 수로 구별한다. SCR은 P-N-P-N 4층의 3단자 소자이고, SCS는 4단자 사이리스터이다. LED는 전류를 흘리면 빛을 내는 소자이며, 진성반도체에 3가 원소를 넣으면 P형, 5가 원소를 넣으면 N형이 된다.
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뜻
SCR은 실리콘 제어 정류기로, 애노드(A)와 캐소드(K), 게이트(G)의 3단자를 가진다. 내부는 P-N-P-N 4층 구조이고, 게이트는 P형 반도체에 연결된다. 회로 기호는 다이오드의 삼각형에 게이트 단자가 붙은 모양이므로, 게이트가 있는 3단자 일방향 소자 기호를 보면 SCR로 판단한다.
사이리스터는 게이트 신호로 전류의 흐름을 제어하는 반도체 스위치이다. SCR은 가장 기본이 되는 3단자 소자이고, GTO는 게이트 신호로 끄기까지 할 수 있는 3단자 소자, TRIAC은 교류 양방향으로 동작하는 3단자 소자이다. SCS는 양극 게이트와 음극 게이트가 각각 달려 있어 4단자 소자이므로, 3단자 사이리스터를 고르는 문제에서는 SCS가 답이 된다.
LED는 발광다이오드이다. 순방향으로 전류를 흘리면 빛이 나므로 디지털 표시 장치의 숫자나 문자 표시에 쓰인다. 제너다이오드는 일정 전압을 유지하는 정전압 소자, 쇼트키다이오드는 고속 스위칭용, 브리지다이오드는 정류용으로 여러 개를 묶은 소자이므로 빛을 내는 소자와 구별한다.
반도체의 형은 첨가하는 불순물의 원자가로 정해진다. 진성반도체에 3가 원소인 붕소·갈륨·인듐을 넣으면 전자가 부족한 정공이 생겨 P형이 된다. 5가 원소인 인·비소·안티몬을 넣으면 남는 전자가 생겨 N형이 된다. 따라서 P형을 만들려면 인듐 같은 3가 원소를 첨가한다.
애벌런치 항복 전압은 온도가 높아지면 증가한다. 온도가 오르면 열진동으로 전자의 평균 자유 행로가 짧아져 연쇄 충돌에 더 큰 전압이 필요하기 때문이다. 제너 항복 전압이 온도가 오르면 감소하는 것과 반대이므로 두 항복 현상을 구별한다.
예제
문제
SCR의 게이트 형을 묻는 문제는 4층 구조에서 게이트가 P형에 연결된다는 결론을 적용한다. 게이트는 P형이라는 점을 먼저 기억하면 계산 없이 답을 고를 수 있다.
소자의 종류를 고르는 문제는 단자 수와 기능으로 구별한다. 3단자 사이리스터가 아닌 것을 고르면 4단자인 SCS를 찾고, 빛을 내는 소자를 고르면 LED를 찾는다. P형 불순물을 고르는 문제에서는 붕소·갈륨·인듐의 3가 원소를, N형에서는 인·비소·안티몬의 5가 원소를 구별한다.
자주 묻는 물음
- SCR의 게이트는 어떤 형의 반도체에 연결되나요?
- P형 반도체에 연결됩니다. SCR은 P-N-P-N 4층 구조이고, 게이트는 P형층에서 나옵니다. 회로 기호는 다이오드 삼각형에 게이트 단자가 붙은 모양입니다.
- 3단자 사이리스터가 아닌 소자는 무엇인가요?
- SCS입니다. SCR·GTO·TRIAC은 3단자 사이리스터이지만, SCS는 양극 게이트와 음극 게이트가 각각 달린 4단자 소자입니다.
- P형과 N형 반도체는 어떤 원소를 첨가해 만드나요?
- P형은 3가 원소인 붕소·갈륨·인듐을, N형은 5가 원소인 인·비소·안티몬을 첨가해 만듭니다. 3가 원소를 넣으면 정공이 생겨 P형이 되고, 5가 원소를 넣으면 남는 전자가 생겨 N형이 됩니다.
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