다음 중 P형 반도체를 만드는 불순물 원소가 아닌 것은?
- 비소(AS)
- 갈륨(Ga)
- 붕소(B)
- 인듐(In)
정답과 해설 보기
정답 ① · P형 반도체를 만드는 불순물이 아닌 원소를 찾는 문제이다. P형 반도체는 3가 불순물을 순수 반도체에 첨가하여 정공을 다수 캐리어로 만드는 것이며, 갈륨(Ga), 붕소(B), 인듐(In)이 여기에 해당한다.
P형 반도체는 3가 불순물을 사용하며, 비소는 5가 원소로 N형 반도체를 만든다.
개념 한 쪽
전자캐드기능사 BJT — 반도체 도핑과 트랜지스터 전류관계
이 개념은 반도체의 P형·N형 도핑 원리와 BJT 및 관련 소자의 기본 특성을 다룬다. 도너와 억셉터의 역할, FET과 BJT의 제어 방식 차이, 트랜지스터의 전류 관계식 등을 중심으로 학습한다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「BJT」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 불순물 원소 판별 | 1 | P형·N형을 만드는 불순물 원소를 구분하기 |
| 전류 관계 계산 | 1 | 주어진 IB, IC로 IE를 계산하는 수치 문제 |
| 소자 특성 비교 | 1 | FET과 BJT의 장단점 및 제어 방식 차이를 판정하기 |
뜻
반도체는 불순물을 첨가하여 전기적 성질을 조절한다는 원리에서 출발한다. 3가 원소를 첨가하면 정공이 다수 캐리어가 되는 P형 반도체가 되고, 5가 원소를 첨가하면 전자가 다수 캐리어가 되는 N형 반도체가 된다는 점을 기억한다. P형의 예로 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga) 등이 있고 N형의 예로 비소(As), 인(P), 안티몬(Sb) 등이 있다는 설명을 바탕으로 출제 경향을 파악한다.
트랜지스터 소자별 제어 방식은 문제 풀이의 기본 관찰점이다. FET는 전압으로 전류를 제어하는 전압 제어 소자이고 게이트에 거의 전류가 흐르지 않아 입력 임피던스가 매우 높다는 특성이 있다. 반대로 BJT는 전류 제어 소자로 분류된다는 구분을 확실히 한다. 또한 FET는 잡음이 적고 온도 안정성이 좋은 장점이 있으나 고주파 영역에서 이득이 빠르게 떨어지는 경향으로 이득-대역폭 곱이 일반적으로 작다는 한계를 함께 인지한다.
트랜지스터 단위의 전류 관계는 보존 법칙에 따른 간단한 수식으로 표현된다. BJT에서 에미터 전류(IE)는 베이스 전류(IB)와 컬렉터 전류(IC)의 합으로 표현되며 IE = IB + IC 관계가 항상 성립한다는 사실을 문제 풀이의 기초로 삼는다. 단위 환산을 정확히 하고 합산하면 실전 계산 문제가 해소된다는 점을 강조한다.
관련 소자별 용도와 현상도 기본으로 다룬다. 도너(donor)는 과잉전자를 제공하여 N형 반도체를 만들고, 억셉터(acceptor)는 정공을 만드는 P형 반도체를 만든다는 대응을 확립한다. 터널 다이오드는 음의 저항 특성을 이용하여 고주파 발진 회로에 주로 사용된다는 점을 기억한다. 또한 서로 다른 금속 또는 반도체 접속점에 온도차를 주면 기전력이 발생하는 현상은 제벡 효과로 불린다는 용어를 숙지한다.
예제
에미터를 접지한 트랜지스터 증폭 회로 예에서 주어진 IB와 IC 값으로 에미터 전류를 구하는 대표 계산을 제시한다. 문제에서 IB = 50[㎂], IC = 3.65[㎃]가 주어지면 단위를 통일하기 위해 IB를 0.05[㎃]로 변환한다. IE = IB + IC 공식을 적용하면 IE = 0.05[㎃] + 3.65[㎃] = 3.7[㎃]가 되어 정답을 도출한다.
소자 비교 문제의 풀이 예도 제시한다. FET의 특성으로 '고입력임피던스, 저잡음, 온도 안정성'을 먼저 떠올리고, '이득-대역폭 곱은 BJT보다 작다'는 단점을 동시에 고려하면 옳지 않은 설명을 판정하기 쉽다.
대표 기출 3문항
이미터 접지 트랜지스터 증폭회로에서 IB가 50[㎂]이고, IC가 3.65[㎃]일 때, IE는?
- 0.7[㎃]
- 2.6[㎃]
- 3.6[㎃]
- 3.7[㎃]
정답과 해설 보기
정답 ④ · 이 문제는 베이스 전류와 컬렉터 전류로부터 이미터 전류를 구하는 계산 문제이다. 트랜지스터에서는 IE = IB + IC의 전류 관계가 성립한다.
트랜지스터 전류 관계식 IE=IB+IC를 이용해 베이스 전류와 컬렉터 전류를 합산하면 에미터 전류가 구해진다.
다음 중 과잉전자를 만드는 불순물은?
- 도너
- 억셉터
- P형 반도체
- 진성반도체
정답과 해설 보기
정답 ① · 이 문제는 과잉 전자를 만드는 불순물의 명칭을 묻는 문제이다. 5가 원소(비소, 인 등)를 4가 순수 반도체에 첨가하면 가전자대 결합에 필요한 전자보다 하나 많은 전자가 남아 자유전자가 되는데, 이렇게 전자를 제공하는 불순물을 도너라 하고 N형 반도체를 만든다.
과잉전자를 제공하여 N형 반도체를 만드는 불순물을 도너(donor)라고 부른다.
자주 묻는 물음
- P형과 N형 반도체는 어떻게 구분하나?
- P형은 3가 불순물을 도핑하여 정공이 다수 캐리어가 되고, N형은 5가 불순물을 도핑하여 전자가 다수 캐리어가 된다고 구분한다.
- FET과 BJT의 제어 방식 차이는 무엇인가?
- FET은 전압으로 전류를 제어하는 전압 제어 소자이며 게이트 전류가 거의 흐르지 않아 입력 임피던스가 매우 높다. BJT는 전류 제어 소자라는 점을 기준으로 구분한다.
- 트랜지스터 회로에서 에미터 전류는 어떻게 구하나?
- BJT에서는 에미터 전류 IE가 베이스 전류 IB와 컬렉터 전류 IC의 합으로 IE = IB + IC 관계를 이용하여 단위를 통일한 뒤 합산하면 구할 수 있다.
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